EP4288359A1 - Procede et dispositif pour transporter des poudres - Google Patents

Procede et dispositif pour transporter des poudres

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Publication number
EP4288359A1
EP4288359A1 EP22717872.0A EP22717872A EP4288359A1 EP 4288359 A1 EP4288359 A1 EP 4288359A1 EP 22717872 A EP22717872 A EP 22717872A EP 4288359 A1 EP4288359 A1 EP 4288359A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
suspension
cryogenic
powders
carbon dioxide
cryogenic suspension
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.)
Pending
Application number
EP22717872.0A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Meryl Brothier
Stéphane VAUDEZ
Anne-Charlotte ROBISSON
King-Wo LI
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 CEA
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 CEA, Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA filed Critical Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Publication of EP4288359A1 publication Critical patent/EP4288359A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65G—TRANSPORT OR STORAGE DEVICES, e.g. CONVEYORS FOR LOADING OR TIPPING, SHOP CONVEYOR SYSTEMS OR PNEUMATIC TUBE CONVEYORS
    • B65G53/00—Conveying materials in bulk through troughs, pipes or tubes by floating the materials or by flow of gas, liquid or foam
    • B65G53/04—Conveying materials in bulk pneumatically through pipes or tubes; Air slides
    • B65G53/24—Gas suction systems
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65G—TRANSPORT OR STORAGE DEVICES, e.g. CONVEYORS FOR LOADING OR TIPPING, SHOP CONVEYOR SYSTEMS OR PNEUMATIC TUBE CONVEYORS
    • B65G53/00—Conveying materials in bulk through troughs, pipes or tubes by floating the materials or by flow of gas, liquid or foam
    • B65G53/30—Conveying materials in bulk through pipes or tubes by liquid pressure
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65G—TRANSPORT OR STORAGE DEVICES, e.g. CONVEYORS FOR LOADING OR TIPPING, SHOP CONVEYOR SYSTEMS OR PNEUMATIC TUBE CONVEYORS
    • B65G53/00—Conveying materials in bulk through troughs, pipes or tubes by floating the materials or by flow of gas, liquid or foam
    • B65G53/34—Details
    • B65G53/52—Adaptations of pipes or tubes
    • B65G53/526—Adaptations of pipes or tubes with means for special treatment to facilitate transport

Definitions

  • the invention relates to the field of transporting powders, and particularly the field of non-flowable powders which may be of any known type.
  • the powders can be of high density and/or cohesive.
  • the invention is applicable to any industrial process using powders, particularly non-flowable powders. It refers to a method for transporting powders and an associated device.
  • the plane or vibrating corridor systems are composed of plane or pipe sections subjected to vibratory movements inducing an overall component directed in the direction of the desired movement.
  • This type of solution is for example described in the article entitled “Modelling the dynamic behavior of a vibrating floor: interaction with the granular medium", Benoît GELY, Thesis from Sigma Clermont Auvergne University, September 2017.
  • Benoît GELY Thesis from Sigma Clermont Auvergne University, September 2017.
  • These systems also present several disadvantages. They can induce strong dispersions of powders and segregation. In addition, they are not well suited to the large change in elevation gain.
  • pneumatic transport systems are composed of sealed pipes placed under a partial vacuum, or more rarely under overpressure, to allow the drive, by pressure difference inducing a circulation of air direction, towards the point of routing. powder.
  • This type of solution is for example described in the article entitled “Pneumatic handling of bulk products”, Thierry DESTOOP, Engineering techniques, Reference AG7510 v2, October 10, 2013.
  • These systems however, have several drawbacks. On the one hand, they are effective only for powders of minimum flowability. On the other hand, they are effective only for low particle sizes and/or apparent densities. Impacts at pipe bends can cause a change in the granular medium. In addition, they can lead to a risk of clogging and require filtering the vents.
  • the mechanical conveying systems are composed of mobiles most often subjected to rotary movements to push the granular medium at each periodic movement. These are typically endless screws or Archimedes' screws. Belt systems, or even buckets, are also possible. This type of solution is for example described in the article entitled “Continuous mechanical handling of bulk product”, Claude SAUDEMONT, Engineering techniques, Reference AG7511 vl, July 10, 2002. These systems also have several drawbacks. They can modify the granular medium by locally compacting the powder. They can induce segregation. They operate on straight sections. In addition, in the case of belt or bucket conveyors, the problem is the dispersion of material and the lack of control over the quantity of material precisely debited.
  • Dredging systems are finally suspension pumping systems, most often aqueous, allowing the transport of the granular medium by means of a suction pump. These systems also have drawbacks. Indeed, they can induce strong liquid entrainment compared to the granular medium to be transferred. In addition, the transport of powders is impossible in the case of powders that are soluble or sensitive to the liquid used. They can also lead to segregation of the granular medium.
  • a need remains to accomplish the function of transport, or transfer, of a non-flowable granular medium with particularly the following requirements: quickly, continuously, precisely in terms of distributed flow rate, safe with an absence of dispersion which could induce explosive atmospheres, and energy efficient; without inducing segregation of the granular medium to be transported; without being limited by the topology of the route to be followed (ascent, descent, any change of orientation, etc.); without compaction of the granular medium; without risk of dispersion of fine particles constituting the granular medium to be transported.
  • the invention aims to meet at least partially the needs mentioned above and to remedy the drawbacks relating to the embodiments of the prior art.
  • the invention specifically seeks to be able to convey the granular medium as if it were liquid but without then having to separate the powder from the carrier fluid in a costly and/or long manner. It also seeks not to induce any effluents that are difficult to treat, as well as not to induce pollution of the granular medium and to make it possible to convey all types of powders, and mainly those that cannot be poured, with a particle size ranging from a few nanometers to a few centimeters and variable densities without constraint, namely powders ranging from very sparse to very dense.
  • the subject of the invention is a method for transporting non-flowable powders, characterized in that it comprises the following steps: a) mixing and suspending powders and carbon dioxide under solid form, with the introduction of a cryogenic fluid, to obtain a cryogenic suspension, the proportions by density of the powders and of the carbon dioxide verifying the following equation (i):
  • Voi is the proportion by density of the powders
  • VOi is the proportion by density of carbon dioxide in solid form, b) movement of the cryogenic suspension to allow its transport, c) controlling the movement of the cryogenic suspension as a function of one or more parameters linked to step a) of mixing and suspension.
  • the method according to the invention may also comprise one or more of the following characteristics taken individually or in any possible technical combination.
  • the method according to the invention is preferably suitable for powders qualified as “unflowable”.
  • flowability corresponds to the property of a granular medium to flow naturally. It can be characterized by several methods. One of them can come from a measurement of the Carr index type. By definition, this index is determined as the ratio between the difference between the apparent volume occupied by a given quantity of powders and the packed volume of the same quantity of powders, all normalized to the apparent volume. Beyond a Carr index of 25, the granular medium is conventionally considered to be very poorly flowable. Below a Carr index of 15, the granular medium is considered relatively well flowable. Thus, within the meaning of the invention, by non-flowable powders is meant powders whose Carr index is strictly greater than 15, and preferably greater than or equal to 25.
  • the conditions of equation (i) of step a) of mixing and setting in motion advantageously make it possible to obtain a stable and pumpable cryogenic suspension.
  • the cryogenic suspension is stable and pumpable.
  • stable means that a suspension is considered stable when the time required for the complete settling of the suspension is at least ten times greater than the time of the transport operation, or transfer, of that -this.
  • the duration of transport, or transfer, of powders can be of the order of a few minutes while the duration of stability can be of the order of one hour.
  • the presence of carbon dioxide in solid form in the cryogenic suspension can make it possible to act as a steric stabilizer for the powders in order to prevent their sedimentation.
  • pumpable is meant the ability of a formulation to be implemented by means of a conventional pumping system, such as a piston or rotor pump. It should however be noted that a suspension characterized as “pumpable” is not necessarily intended to be pumped but is capable of being so if necessary. This notion of "pumpable” appears for example in the presentation entitled “Formulation, homogeneity and pumpability", Institut DE LARRARD, BétonlabPro 3, Lesson N°13, Laboratoire Central des Ponts et Chaussées - Center de France (LCPC).
  • a suspension is considered to be "pumpable" insofar as the driving force accessible by conventional pumping systems (notably piston or rotor pump) to allow its movement in a given circuit is greater than the driving force. braking induced by the viscosity of the suspension.
  • a suspension having a viscosity of the order of 100,000 mPa.s is considered to be non-pumpable.
  • a suspension having a viscosity of less than 20,000 mPa.s is considered to be pumpable.
  • the cryogenic fluid is a gas liquefied at ambient temperature and pressure. It may in particular be liquid nitrogen (N2). However, this choice is not limiting.
  • the cryogenic fluid makes it possible to define the fluidic behavior, in particular liquid, of the cryogenic suspension and makes it possible to maintain the carbon dioxide (CO2) in solid form.
  • solid carbon dioxide also called dry ice
  • dry ice can be in the form of granules and/or powders. This dry ice makes it possible, by its size or occupation rate in the cryogenic suspension, to stabilize the powders to be transported.
  • the method may comprise step a') of weighing the powders to be transported and step a'') of weighing carbon dioxide in solid form, steps a') and a'') being prior to step a) mixing and suspending.
  • step b) of setting the cryogenic suspension in motion can comprise placing the cryogenic suspension under vacuum, pumping or pressurizing.
  • step c) of controlling the setting in motion of the cryogenic suspension can comprise step c′) of acquisition and processing of the measurement of the stirring torque of the cryogenic suspension.
  • step c) of controlling the setting in motion of the cryogenic suspension can comprise step c′′) of measuring the pressure and/or opening of the pump carried out during step b) of setting in motion of the cryogenic suspension.
  • step b) of setting the cryogenic suspension in motion can be followed by a step d) of transport, in particular followed by a step e) of phase separation for obtaining transported powders and setting implementation of a step f) for recycling the cryogenic fluid.
  • the mean diameter of the particle size of the carbon dioxide in solid form can be between 0.1 and 10 times that of the particle size of the powders to be transported.
  • the carbon dioxide loading rate in solid form can be between 0.1 and 10 times that of the powders to be transported.
  • F is the volume of solid in the volume of the cryogenic suspension
  • O m is the maximum volume of solid in the volume of the cryogenic suspension.
  • Another subject of the invention is a device for transporting non-flowable powders, for implementing the method as defined above, characterized in that it comprises:
  • the mixing and suspension system may include:
  • the system for setting the cryogenic suspension in motion can also comprise a pressure difference transport device.
  • the transport device by pressure difference can comprise means for pressurizing, pumping or depressurizing the cryogenic suspension.
  • FIG. 2 shows a block diagram illustrating an example of a method for transporting non-flowable powders according to the invention
  • FIGS 7, 8 and 9 represent respectively the evolution of the viscosity as a function of the shear rate for suspensions of alumina and dry ice in liquid nitrogen, the evolution of the viscosity as a function of the shear rate for different concentrations of dry ice suspensions in liquid nitrogen, and the evolution of the volume according to the size of the particles of alumina powder that can be used to make the cryogenic suspension.
  • cryogenic fluid FC is considered here to be liquefied nitrogen (N2) but this choice is not limiting.
  • FIG. 1 is a simplified flowchart of the piloting necessary for the proper conduct of a method in accordance with the invention. It makes it possible to specify the sequence of the measurements and the input and output data necessary for the control.
  • FIG. 2 a block diagram illustrating an example of a method for transporting non-flowable powders P according to the invention.
  • This method thus comprises a step a′) of weighing the powders P to be transported and a step a′′ of weighing the carbon dioxide in solid form C02(s).
  • the references BR denote feedback loops.
  • the method comprises a step a) of mixing and suspending the powders P and the carbon dioxide in solid form CÜ2(s), with the introduction of the cryogenic fluid FC, to obtain the cryogenic suspension SC .
  • a step b) is implemented to set the cryogenic suspension SC in motion to allow it to be transported, either by placing it under vacuum, or by pumping, or by pressurizing the cryogenic suspension SC .
  • a step d) allows the transport or transfer of the suspension before a phase separation step e) allowing the transported or transferred powders Pt to be obtained.
  • a recycling of liquid nitrogen can be provided during a step f ).
  • a step c) of controlling the setting in motion of the cryogenic suspension SC is implemented.
  • a step c′) of acquiring and processing the measurement of the stirring torque Co of the cryogenic suspension SC makes it possible to optimize the mixing of the suspension.
  • a step c" of pressure measurement and/or pump opening is carried out during step b) of setting in motion.
  • a step c'") also makes it possible to measure the flow rate during the 'step d) of transport and a step e') makes it possible to measure the temperature during step e) of phase separation.
  • FIGS. 3 to 5 make it possible to illustrate three examples of devices 30 for transporting non-flowable powders P in accordance with the invention.
  • each device 30 firstly comprises a system 40 for mixing and suspending powders P, carbon dioxide in solid form CÜ2(s) and cryogenic fluid FC to form the cryogenic suspension SC.
  • the mixing and suspending system 40 may in particular include at least some of the elements of the devices described in French patent applications FR 3 042 985 A1 and FR 3 042986 A1.
  • This system 40 comprises a mixing tank 41.
  • the mixing tank 41 is heat-insulated, thermally insulated, to allow the liquefied gas to be kept in the form of liquid nitrogen without excessive volatization. Ideally, heat losses would be around 2% per day or even less.
  • the system 40 comprises a mixing and stirring device 42, located inside the mixing tank 41.
  • This mixing and stirring device 42 may in particular be a stirring wheel, for example of the blade type. , propeller, turbine, anchor, attritor or others, chosen in particular according to the viscosity of the cryogenic suspension SC envisaged.
  • the mixing and stirring device 42 is driven in rotation to generate the agitation by means of a drive motor 45.
  • This motor 45 incorporates a means for measuring the torque Co of the cryogenic suspension SC in order to identify whether the suspension is homogeneous and the loading rate adapted.
  • the system 40 also comprises means 43a, 43b for the controlled introduction of the powders P to be transported and carbon dioxide in solid form CÜ(s) into the mixing tank 41.
  • This is in particular a first hopper d feed 43a for the introduction of the powders P to be transported and a second feed hopper 43b for the introduction of carbon dioxide in solid form C0 2 (s).
  • the controlled introduction is done by weighing or dosing. To do this, the feed hoppers 43a, 43b are used in connection with respectively weighing systems 46a, 46b corresponding to suspended scales or load cells. It is thus possible to follow the mass introduced as a function of time.
  • the proportions of powders P, carbon dioxide in solid form CÜ (s) and liquid nitrogen can vary.
  • the proportions by density of the powders P and of the carbon dioxide CÜ (s) satisfy the following equation (i):
  • cryogenic suspension SC which is pumpable and stable within the meaning of the invention, the major parameters to be determined and/or monitored are:
  • the density of the powders P to be transported in general, the denser the powders P and the larger the particle size, the more one will seek to constitute viscous suspensions incorporating large quantities of carbon dioxide C0 (s) to limit the risks of settling powders P to be transported within the cryogenic suspension SC;
  • the particle size of the powders P given in particular by the mean diameter of the particle size distribution of the granular medium to be transported.
  • the particle size of the carbon dioxide in solid form CÜ2(s) is linked to that of the powders P to be transported: more precisely, it is substantially of the same order of magnitude, the average diameter being approximately between 0.1 and 10 times the particle size powders P to be transported;
  • the carbon dioxide charge rate in solid form CÜ2(s) is linked to that of the powders P to be transported: more precisely, it is substantially of the same order magnitude, the value being between approximately 0.1 and 10 times the content of powders to be transported;
  • the liquid nitrogen content is as limited as possible: it is advantageously less than 70% by volume; this liquid nitrogen content must nevertheless make it possible to make the suspension flowable and cannot be less than 5% by volume;
  • the particle size of the solid phase is less than 10 times the diameter of the transport piping, otherwise segregation could occur and lead to loss the integrity of the granular medium to be transported.
  • the particle size of the dry ice can advantageously be between 500 and 900 ⁇ m.
  • the system 40 finally comprises a means 44 for measuring the level of the cryogenic suspension SC formed, at least partly located inside the mixing tank 41. More particularly, this measuring means 44 can take the form of a bubble cane or an ultrasonic probe.
  • the system 50 for setting the cryogenic suspension SC in motion also makes it possible to convey the latter towards the expected point of arrival.
  • This system 50 comprises a transport device by pressure difference 51.
  • the transport device by pressure difference 51 is different. These may be means for pressurizing, pumping or depressurizing the cryogenic suspension SC.
  • the transport device by pressure difference 51 corresponds to a depressurization avoiding the use of a cryogenic pump.
  • the reference Te designates the temperature. It thus comprises a pump 52 for creating a vacuum. This is a vacuum pump for placing a transport tank 58 in depression, in which the cryogenic suspension SC must be collected.
  • This mode of transportation of the suspension makes it possible to avoid the use of a cryogenic circulation pump, which is potentially complex and costly and cannot convey objects whose average particle size would be greater than a few millimeters. Furthermore, this configuration allows the recirculation of liquid nitrogen.
  • the transfer of the cryogenic suspension SC to the transport tank 58 takes place by means of a heat-insulated pipe 53 which allows the transport of the formulated suspension while limiting heat losses to the transport arrival point.
  • the transport tank 58 is similar to a degasser. This is an enclosure equipped with a thermostatically controlled heating system and a valve and pressure control system, symbolized by the reference Pr in figure 3.
  • a media filter 54 adapted to the particle size of the granular medium to be transported is present, upstream of the vents Ev.
  • This filter 54 can for example be a paper/glass fiber or ceramic candle filter.
  • a first tank 71 for supplying liquid nitrogen, insulated, and a second tank 72 for supplying nitrogen in the form of compressed gas are present.
  • a mass flow meter 74 is present at the level of the mixing tank 41, for example of the Coriolis or ultrasonic type.
  • a recycling pot 73 is finally provided which forms a buffer tank used for the recirculation of liquid nitrogen.
  • FIG. 4 represents a transport device by pressure difference 51 which corresponds to pressurization of the mixing tank 41 containing the cryogenic suspension SC.
  • the mixing tank 41 includes means for measuring pressure MP.
  • another mass flowmeter 59 for example of the Coriolis or ultrasonic type, is used.
  • a valve 75 for supplying nitrogen in the form of gas is provided for the pressurization.
  • FIG. 5 represents an example in which the transport device by pressure difference 51 corresponds to pumping by a circulation pump 57 for drawing off the cryogenic suspension SC.
  • the circulation pump 57 is a suction pump. It can for example be a piston or a rotor (peristaltic), in particular with a flexible junction of the polytetrafluoroethylene (PTFE) type.
  • the pump 57 is then cryogenic and made up of internals making it possible to mechanically resist the temperature of the suspension, generally close to -196° C., and allowing the transfer of solid matter constituting the suspension.
  • the particle size of the cryogenic suspension SC cannot then conventionally be greater than a few millimeters.
  • a three-way valve 55, provided for adjusting the opening of the bypass loop, and another valve 56, provided for opening and closing the bypass, are also present in this configuration of transport device 51.
  • a control system 60 for setting the cryogenic suspension SC in motion is provided.
  • This control system 60 allows in particular the setting in motion of the cryogenic suspension SC according to at least one parameter linked to the mixing and suspension system 40, in particular the couple Co.
  • the control system 60 makes it possible to compiling all of the measurements taken on the device 30 for transporting the powders P, and allows the control actions or feedbacks on the controllable components, such as valves, pump, stirring motor, etc.
  • the control system 60 thus integrates the acquisition and processing of several data:
  • FIG. 6 graphically represents the value of the agitation torque Co as a function of time t.
  • the references A0, Al, A2 and A3 correspond respectively to the no-load torque, to a first addition of solid load, to a second addition of solid load and to a third addition of solid load.
  • the torque Co increases for a given stirring speed.
  • the couple Co tends to stabilize as shown by the stages in FIG. 6. This then makes it possible to possibly introduce an additional quantity of powders P into the cryogenic suspension SC if the flow setpoint of transport imposes it, for example.
  • control system 60 also integrates the acquisition and processing of data described below.
  • control system 60 allows the measurement of the pressure in the transport tank 58 and measuring the temperature in line with the transport tank 58 to monitor the volatization of the liquefied gas except in the case of recycling of this liquefied gas.
  • the separation can take place by simple difference in density and withdrawal taking into account the fact that the liquid nitrogen has a density generally lower than the granular medium to be transported, of the order of 0.8.
  • the control system 60 allows the pressure measurement to adjust the transport rate of the suspension measured by mass flow meter, for example of the Coriolis or ultrasonic type.
  • the control system 60 allows the measurement of the opening of the valves 55 and 56 to adjust the withdrawal rate of the SC cryogenic suspension.
  • FIGS. 7 and 8 the rheological behavior of several cryogenic suspensions SC that can be envisaged within the scope of the invention is described.
  • Figure 9 illustrates the particle size distribution of the alumina powder used for these SC cryogenic suspensions.
  • the particle size of the dry ice used is advantageously derived from a particle size cut made by sieving between 500 and 900 ⁇ m.
  • figure 7 represents the evolution of the viscosity v, expressed in mPa.s, as a function of the shear rate te, expressed in s 1 , for suspensions of alumina (Al2O3), dry ice in liquid nitrogen .
  • FIG. 8 represents the evolution of the viscosity v, expressed in mPa.s, as a function of the shear rate te, expressed in s 1 , for different concentrations of suspensions of dry ice in liquid nitrogen.
  • FIGS. 7 and 8 make it possible to illustrate the viscosities of cryogenic suspensions and to show the influence of the dry ice content on the viscosity of the fluid to be transferred.
  • FIG. 9 represents the evolution of the volume V, expressed in %, as a function of the size S, expressed in ⁇ m, of the particles of alumina powder which can be used to produce the cryogenic suspension SC.
  • [N] is a constant;
  • F is the volume of solid in the volume of the suspension;
  • O m is the maximum volume of solid in the volume of the suspension.
  • DR is the pressure difference between upstream and downstream of the pumping system
  • m is the viscosity of the suspension
  • R is the radius of the fluid transport pipe
  • L is the length of the transmission line.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)
  • Auxiliary Methods And Devices For Loading And Unloading (AREA)

Abstract

L'invention concerne un procédé pour transporter des poudres (P) non coulables. Ce procédé comporte les étapes suivantes : mélange et mise en suspension de poudres (P) et de dioxyde de carbone sous forme solide, avec introduction d'un fluide cryogénique (FC), pour l'obtention d'une suspension cryogénique (SC); mise en mouvement de la suspension cryogénique (SC) pour permettre son transport; pilotage de la mise en mouvement de la suspension cryogénique (SC) en fonction d'un ou plusieurs paramètres liés à la première étape de mélange et mise en suspension.

Description

PROCEDE ET DISPOSITIF POUR TRANSPORTER DES POUDRES
DESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUE L'invention se rapporte au domaine du transport des poudres, et particulièrement le domaine des poudres non coulables qui peuvent être de tout type connu. Par exemple, sans être limitatif, les poudres peuvent être de forte densité et/ou cohésives.
L'invention est applicable pour tout procédé industriel mettant en œuvre des poudres, particulièrement des poudres non coulables. Elle se réfère à un procédé pour transporter des poudres et un dispositif associé.
ART ANTÉRIEUR
Classiquement, différentes façons permettent d'accomplir la fonction de transport de poudres, décrites ci-après suivant quatre concepts. Premièrement, les systèmes de plan ou couloir vibrant sont composés de tronçons de plan ou de conduite soumis à des mouvements vibratoires induisant une composante globale dirigée dans le sens du mouvement recherché. Ce type de solution est par exemple décrite dans l'article intitulé « Modélisation du comportement dynamique d'un plancher vibrant : interaction avec le milieu granulaire », Benoît GELY, Thèse de l'Université Sigma Clermont Auvergne, septembre 2017. Ces systèmes présentent aussi plusieurs inconvénients. Ils peuvent induire de fortes dispersions de poudres et de la ségrégation. De plus, ils sont peu adaptés au grand changement de dénivelé positif.
En outre, les systèmes de transport pneumatique sont composés de conduites étanches mises sous un vide partiel, ou plus rarement en surpression, pour permettre l'entraînement, par différence de pression induisant une circulation de sens d'air, vers le point d'acheminement de la poudre. Ce type de solution est par exemple décrite dans l'article intitulé « Manutention pneumatique de produits en vrac », Thierry DESTOOP, Techniques de l'ingénieur, Référence AG7510 v2, 10 octobre 2013. Ces systèmes présentent néanmoins plusieurs inconvénients. D'une part, ils ne sont opérants que pour des poudres de coulabilité minimale. D'autre part, ils ne sont opérants que pour des granulométries et/ou des densités apparentes faibles. Les impacts au droit des coudes de tuyauterie peuvent entraîner une modification du milieu granulaire. De plus, ils peuvent entraîner un risque de bouchage et nécessitent de filtrer les évents.
Ensuite, les systèmes de convoyage mécanique sont composés de mobiles soumis le plus souvent à des mouvements rotatifs pour pousser le milieu granulaire à chaque mouvement périodique. Il s'agit typiquement de vis sans fin ou de vis d'Archimède. Des systèmes de tapis, voire de godets, sont également envisageables. Ce type de solution est par exemple décrite dans l'article intitulé « Manutention mécanique continue de produit en vrac », Claude SAUDEMONT, Techniques de l'ingénieur, Référence AG7511 vl, 10 juillet 2002. Ces systèmes présentent également plusieurs inconvénients. Ils peuvent modifier le milieu granulaire par une compaction de la poudre localement. Ils peuvent induire de la ségrégation. Ils fonctionnent sur des sections droites. En outre, dans le cas de convoyeurs sur tapis ou par godet, la problématique est la dispersion de matière et la non maîtrise de la quantité de matière précisément débitée.
Les systèmes de dragage sont enfin des systèmes de pompage de suspension, le plus souvent aqueuse, permettant le transport du milieu granulaire par le biais d'une pompe d'aspiration. Ces systèmes ont également des inconvénients. En effet, ils peuvent induire un fort entraînement de liquide comparativement au milieu granulaire à transférer. De plus, le transport de poudres est impossible en cas de poudres solubles ou sensibles au liquide utilisé. Ils peuvent également entraîner une ségrégation du milieu granulaire.
Il apparaît donc que les quatre types de solutions proposés ci-dessus face à la problématique de transport de poudres ne sont donc pas entièrement satisfaisants, voire pas du tout pour le transport de poudres non coulables.
Spécifiquement, un besoin subsiste pour accomplir la fonction de transport, ou de transfert, d'un milieu granulaire non coulable avec particulièrement les exigences suivantes : de manière rapide, continue, précise en terme de débit distribué, sûre avec une absence de dispersion pouvant induire des atmosphères explosives, et énergétiquement économe ; sans induire de ségrégation du milieu granulaire à transporter ; sans être limité par la topologie du parcours à suivre (montée, descente, changement d'orientation quelconque, etc.) ; sans compaction du milieu granulaire ; sans risque de dispersion de fines particules constitutives du milieu granulaire à transporter.
EXPOSÉ
L'invention vise à répondre au moins partiellement aux besoins mentionnés précédemment et à remédier aux inconvénients relatifs aux réalisations de l'art antérieur.
L'invention cherche spécifiquement à pouvoir véhiculer le milieu granulaire comme s'il était liquide mais sans avoir ensuite à devoir séparer de manière coûteuse et/ou longue la poudre du fluide vecteur. Elle cherche également à ne pas induire d'éventuels effluents difficiles à traiter, tout comme à ne pas induire de pollution du milieu granulaire et à permettre de véhiculer tout type de poudres, et principalement celles non coulables, de granulométrie allant de quelques nanomètres à quelques centimètres et de densités variables sans contrainte, à savoir des poudres allant de très peu denses à très denses.
L'invention a pour objet, selon l'un de ses aspects, un procédé pour transporter des poudres non coulables, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes : a) mélange et mise en suspension de poudres et de dioxyde de carbone sous forme solide, avec introduction d'un fluide cryogénique, pour l'obtention d'une suspension cryogénique, les proportions en masse volumique des poudres et du dioxyde de carbone vérifiant l'équation (i) suivante :
(i) : 40% < [poudres]Voi + [C02(s)]VOi < 80%, où :
[poudres]Voi est la proportion en masse volumique des poudres,
[C02(s)]VOi est la proportion en masse volumique du dioxyde de carbone sous forme solide, b) mise en mouvement de la suspension cryogénique pour permettre son transport, c) pilotage de la mise en mouvement de la suspension cryogénique en fonction d'un ou plusieurs paramètres liés à l'étape a) de mélange et mise en suspension.
Le procédé selon l'invention peut en outre comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes prises isolément ou suivant toutes combinaisons techniques possibles.
Le procédé selon l'invention est préférentiellement adapté aux poudres qualifiées de « non coulables ». La notion de « coulabilité » correspond à la propriété d'un milieu granulaire à s'écouler naturellement. Elle peut être caractérisée par plusieurs méthodes. L'une d'elles peut être issue d'une mesure de type indice de Carr. Par définition, cet indice est déterminé comme le rapport entre la différence entre le volume apparent occupé par une quantité donnée de poudres et le volume tassé de la même quantité de poudres, le tout normé sur le volume apparent. Au-delà d'un indice de Carr de 25, le milieu granulaire est classiquement considéré comme très peu coulable. En dessous d'un indice de Carr de 15, le milieu granulaire est considéré comme relativement bien coulable. Ainsi, au sens de l'invention, on entend par poudres non coulables des poudres dont l'indice de Carr est strictement supérieur à 15, et préférentiellement supérieur ou égal à 25.
En outre, les conditions de l'équation (i) de l'étape a) de mélange et de mise en mouvement permettent avantageusement l'obtention d'une suspension cryogénique stable et pompable. Aussi, de façon avantageuse, la suspension cryogénique est stable et pompable.
Il faut noter que par « stable », on entend qu'une suspension est considérée comme stable lorsque le temps nécessaire à la décantation complète de la suspension est au moins dix fois supérieur au temps de l'opération de transport, ou transfert, de celle-ci. Typiquement, dans le cadre de l'invention, la durée de transport, ou transfert, de poudres peut être de l'ordre de quelques minutes tandis que la durée de stabilité peut être de l'ordre d'une heure.
Avantageusement, la présence de dioxyde de carbone sous forme solide dans la suspension cryogénique peut permettre de jouer le rôle de stabilisateur stérique des poudres afin d'éviter leur sédimentation. Il faut également noter que par « pompable », on entend la capacité d'une formulation à être mise en œuvre par le biais d'un système de pompage classique, telle qu'une pompe à piston ou rotor. Il faut toutefois noter qu'une suspension caractérisée comme « pompable » n'est pas nécessairement destinée à être pompée mais est apte à l'être au besoin. Cette notion de « pompable » apparaît par exemple dans la présentation intitulée « Formulation, homogénéité et pompabilité », François DE LARRARD, BétonlabPro 3, Leçon N°13, Laboratoire Central des Ponts et Chaussées - Centre de Nantes (LCPC). De manière plus intrinsèque, une suspension est considérée comme « pompable » dans la mesure où la force motrice accessible par les systèmes de pompage classiques (notamment pompe à piston ou à rotor) pour permettre son déplacement dans un circuit donné est supérieure à la force de freinage induite par la viscosité de la suspension. Classiquement, une suspension ayant une viscosité de l'ordre de 100 000 mPa.s est considérée comme non pompable. Une suspension ayant une viscosité inférieure à 20 000 mPa.s est considérée comme pompable.
De façon avantageuse, le fluide cryogénique est un gaz liquéfié à température et pression ambiantes. Il peut notamment être de l'azote (N2) liquide. Toutefois, ce choix n'est pas limitatif. Le fluide cryogénique permet de définir le comportement fluidique, notamment liquide, de la suspension cryogénique et permet de maintenir le dioxyde de carbone (CO2) sous forme solide.
De plus, le dioxyde de carbone solide, encore appelé glace carbonique, peut se présenter sous forme de granulés et/ou de poudres. Cette glace carbonique permet, par son encombrement ou taux d'occupation dans la suspension cryogénique, de stabiliser les poudres à transporter.
Le procédé peut comporter l'étape a') de pesage des poudres à transporter et l'étape a'') de pesage du dioxyde de carbone sous forme solide, les étapes a') et a'') étant préalables à l'étape a) de mélange et de mise en suspension.
Par ailleurs, l'étape b) de mise en mouvement de la suspension cryogénique peut comprendre une mise sous dépression, un pompage ou une mise en pression de la suspension cryogénique. L'étape c) de pilotage de la mise en mouvement de la suspension cryogénique peut comprendre l'étape c') d'acquisition et de traitement de la mesure du couple d'agitation de la suspension cryogénique.
En outre, l'étape c) de pilotage de la mise en mouvement de la suspension cryogénique peut comprendre l'étape c'') de mesure de pression et/ou d'ouverture de pompe effectué lors de l'étape b) de mise en mouvement de la suspension cryogénique.
Également, l'étape b) de mise en mouvement de la suspension cryogénique peut être suivie d'une étape d) de transport, notamment suivie d'une étape e) de séparation de phases pour l'obtention de poudres transportées et la mise en œuvre d'une étape f) de recyclage du fluide cryogénique.
En outre, le diamètre moyen de la granulométrie du dioxyde de carbone sous forme solide peut être compris entre 0,1 et 10 fois celui de la granulométrie des poudres à transporter.
Il faut noter que la notion de « diamètre moyen » d'un milieu granulaire est utilisée dans la mesure où le milieu granulaire considéré n'est pas constitué de particules solides ayant toutes la même taille et non généralement strictement sphérique. La granulométrie est dans ce cas une distribution de taille, de surface, voire de volume équivalent. A cette distribution statique, il est possible d'associer une notion de dimension moyenne appelée aussi « diamètre moyen ». Une telle notion est par exemple décrite dans l'article « Caractérisation de la taille des particules », John DODDS, Gérard BALUAIS, Sciences Géologiques, bulletins et mémoires, 46-1-4 pages 79-104, 1993.
Le taux de charge en dioxyde de carbone sous forme solide peut être compris entre 0,1 et 10 fois celui en poudres à transporter.
Par ailleurs, la viscosité de la suspension cryogénique en fonction du taux de charge et de la granulométrie du solide constitutif de cette suspension cryogénique peut s'exprimer par l'équation (ii) suivante :
(ii) : m/m0 = (1 + ½·[N] ·F/(1-FLM2, où : m est la viscosité de la suspension cryogénique ; mo est la viscosité de la phase liquide ; [N] est une constante ;
F est le volume de solide dans le volume de la suspension cryogénique ;
Om est le volume maximal de solide dans le volume de la suspension cryogénique.
L'invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, un dispositif pour transporter des poudres non coulables, pour la mise en œuvre du procédé tel que défini précédemment, caractérisé en ce qu'il comporte :
- un système de mélange et de mise en suspension de poudres, de dioxyde de carbone sous forme solide et de fluide cryogénique pour former la suspension cryogénique,
- un système de mise en mouvement de la suspension cryogénique,
- un système de pilotage de la mise en mouvement de la suspension cryogénique.
Le système de mélange et de mise en suspension peut comprendre :
- une cuve de mélange,
- un dispositif de mélange et de brassage, situé à l'intérieur de la cuve de mélange,
- des moyens d'introduction contrôlée des poudres à transporter et du dioxyde de carbone sous forme solide dans la cuve de mélange,
- un moyen de mesure du niveau de la suspension cryogénique formée, au moins en partie situé à l'intérieur de la cuve de mélange.
Le système de mise en mouvement de la suspension cryogénique peut de plus comprendre un dispositif de transport par différence de pression.
En outre, le dispositif de transport par différence de pression peut comprendre des moyens de mise en pression, de pompage ou de mise en dépression de la suspension cryogénique.
DESCRIPTION DES FIGURES
L'invention pourra être mieux perçue à l'aide de la description détaillée d'exemples de mise en œuvre non limitatifs et l'examen des figures, schématiques et partielles, sur lesquelles : - la figure 1 représente un logigramme simplifié du pilotage d'un procédé conforme à l'invention,
- la figure 2 représente un schéma-bloc illustrant un exemple de procédé pour transporter des poudres non coulables conforme à l'invention,
- les figures 3 à 5 illustrent schématiquement trois exemples distincts de dispositifs pour transporter des poudres non coulables conformes à l'invention,
- la figure 6 illustre graphiquement l'évolution du couple d'agitation de la suspension cryogénique en fonction du temps d'agitation et de trois introductions de charge solide, et
- les figures 7, 8 et 9 représentent respectivement l'évolution de la viscosité en fonction du taux de cisaillement pour des suspensions d'alumine et glace carbonique dans l'azote liquide, l'évolution de la viscosité en fonction du taux de cisaillement pour différentes concentrations de suspensions de glace carbonique dans l'azote liquide, et l'évolution du volume en fonction de la taille des particules de poudre d'alumine pouvant être utilisée pour réaliser la suspension cryogénique.
Dans ces figures, des références identiques peuvent désigner des éléments identiques ou analogues.
En outre, les différentes parties représentées sur les figures ne le sont pas nécessairement selon une échelle uniforme, pour rendre les figures plus lisibles.
EXPOSÉ DES MODES DE RÉALISATION
Le fluide cryogénique FC est considéré ici comme étant de l'azote liquéfié (N2) mais ce choix n'est pas limitatif.
La figure 1 est un logigramme simplifié du pilotage nécessaire à la bonne conduite d'un procédé conforme à l'invention. Il permet de préciser la séquence des mesures et des données d'entrée et de sortie nécessaires pour le pilotage.
On a représenté sur la figure 2 un schéma-bloc illustrant un exemple de procédé pour transporter des poudres P non coulables conforme à l'invention. Ce procédé comporte ainsi une étape a') de pesage des poudres P à transporter et une étape a") de pesage du dioxyde de carbone sous forme solide C02(s). Les références BR désignent des boucles de rétroaction.
Puis, le procédé comporte une étape a) de mélange et de mise en suspension des poudres P et du dioxyde de carbone sous forme solide CÜ2(s), avec l'introduction du fluide cryogénique FC, pour l'obtention de la suspension cryogénique SC.
Une fois la suspension cryogénique SC formée, une étape b) est mise en œuvre de mise en mouvement de la suspension cryogénique SC pour permettre son transport, soit par mise sous dépression, soit par pompage, soit par mise en pression de la suspension cryogénique SC.
Alors, une étape d) permet le transport ou transfert de la suspension avant une étape e) de séparation de phases permettant l'obtention des poudres transportées ou transférées Pt. Un recyclage d'azote liquide peut être prévu au cours d'une étape f).
Au cours du procédé de transport, une étape c) de pilotage de la mise en mouvement de la suspension cryogénique SC est mise en œuvre. Ainsi, une étape c') d'acquisition et de traitement de la mesure du couple d'agitation Co de la suspension cryogénique SC permet d'optimiser le mélange de la suspension.
De plus, une étape c") de mesure de pression et/ou d'ouverture de pompe est effectuée lors de l'étape b) de mise en mouvement. Une étape c'") permet en outre de mesurer le débit lors de l'étape d) de transport et une étape e') permet de mesurer la température lors de l'étape e) de séparation de phases.
En outre, les figures 3 à 5 permettent d'illustrer trois exemples de dispositifs 30 pour transporter des poudres P non coulables conformes à l'invention.
Dans ces trois exemples de réalisation, chaque dispositif 30 comporte tout d'abord un système 40 de mélange et de mise en suspension des poudres P, du dioxyde de carbone sous forme solide CÜ2(s) et du fluide cryogénique FC pour former la suspension cryogénique SC.
Le système 40 de mélange et de mise en suspension peut notamment comporter au moins en partie les éléments des dispositifs décrits dans les demandes de brevet français FR 3 042 985 Al et FR 3 042986 Al. Ce système 40 comprend une cuve de mélange 41. La cuve de mélange 41 est calorifugée, isolée thermiquement, pour permettre de conserver le gaz liquéfié sous forme d'azote liquide sans volatisation excessive. Idéalement, les pertes thermiques seraient de l'ordre de 2% par jour voire moins.
En outre, le système 40 comprend un dispositif de mélange et de brassage 42, situé à l'intérieur de la cuve de mélange 41. Ce dispositif de mélange et de brassage 42 peut notamment être un mobile d'agitation, par exemple de type pale, hélice, turbine, ancre, attriteur ou autres, choisi notamment en fonction de la viscosité de la suspension cryogénique SC envisagée. Le dispositif de mélange et de brassage 42 est entraîné en rotation pour générer l'agitation par le biais d'un moteur d'entraînement 45. Ce moteur 45 incorpore un moyen de mesure de couple Co de la suspension cryogénique SC afin d'identifier si la suspension est homogène et le taux de charge adapté.
Le système 40 comprend également des moyens d'introduction contrôlée 43a, 43b des poudres P à transporter et du dioxyde de carbone sous forme solide CÜ (s) dans la cuve de mélange 41. Il s'agit en particulier d'un premier trémie d'alimentation 43a pour l'introduction des poudres P à transporter et d'un deuxième trémie d'alimentation 43b pour l'introduction du dioxyde de carbone sous forme solide C02(s). L'introduction contrôlée se fait par pesée ou dosage. Pour ce faire, les trémies d'alimentation 43a, 43b sont utilisés en lien avec respectivement des systèmes de pesée 46a, 46b correspondant à des balances suspendues ou pesons. Il est ainsi possible de suivre la masse introduite en fonction du temps.
Dépendant de la spécificité du milieu granulaire à transporter, à savoir la suspension cryogénique, notamment en fonction de sa granulométrie et de sa densité, les proportions de poudres P, de dioxyde de carbone sous forme solide CÜ (s) et d'azote liquide peuvent varier. Toutefois, afin d'obtenir une suspension cryogénique SC qui soit stable et pompable au sens des définitions données précédemment, les proportions en masse volumique des poudres P et du dioxyde de carbone CÜ (s) vérifient l'équation (i) suivante :
(i) : 40% < [poudres]Voi + [C02(s)]VOi < 80%, où : [poudres]voi est la proportion en masse volumique des poudres P,
[C02(s)]VOi est la proportion en masse volumique du dioxyde de carbone sous forme solide C0 (s).
Pour obtenir une suspension cryogénique SC qui soit pompable et stable au sens de l'invention, les paramètres majeurs à déterminer et/ou à suivre sont :
- le taux de charge des poudres P, à savoir le volume de solide sur le volume total de la suspension SC : on cherchera avantageusement à augmenter ce taux à une valeur la plus importante possible pour optimiser la quantité de poudres P transportée pour un volume de suspension cryogénique SC déplacé donné ;
- le taux de charge du dioxyde de carbone sous forme solide CÜ2(s) : ce taux est classiquement fonction de la quantité de poudres P à introduire dans la suspension cryogénique SC ;
- la densité des poudres P à transporter : de manière générale, plus les poudres P seront denses et à forte granulométrie, plus on cherchera à constituer des suspensions visqueuses incorporant des quantités importantes de dioxyde de carbone C0 (s) pour limiter les risques de décantation des poudres P à transporter au sein de la suspension cryogénique SC ;
- la granulométrie du dioxyde de carbone sous forme solide CÜ2(s), donnée notamment par le diamètre moyen de la distribution granulométrique du dioxyde de carbone dont on dispose pour formuler la suspension cryogénique SC ;
- la granulométrie des poudres P donnée notamment par le diamètre moyen de la distribution granulométrique du milieu granulaire à transporter.
Aussi, de façon avantageuse :
- la granulométrie du dioxyde de carbone sous forme solide CÜ2(s) est liée à celle des poudres P à transporter : plus précisément, elle est sensiblement du même ordre de grandeur, le diamètre moyen étant environ entre 0,1 et 10 fois la granulométrie des poudres P à transporter ;
- le taux de charge en dioxyde de carbone sous forme solide CÜ2(s) est lié à celui des poudres P à transporter : plus précisément, il est sensiblement du même ordre de grandeur, la valeur étant comprise entre environ 0,1 et 10 fois la teneur en poudres à transporter ;
- la teneur en azote liquide est autant que possible limitée : elle est avantageusement inférieure à 70% volumique ; cette teneur en azote liquide doit néanmoins permettre de rendre coulable la suspension et ne peut être inférieure à 5% volumique ;
- la granulométrie de la phase solide, comprenant les poudres P à transporter et le dioxyde de carbone sous forme solide CÜ2(s), est inférieure à 10 fois le diamètre de la tuyauterie de transport sans quoi des ségrégations pourraient s'opérer et faire perdre l'intégrité du milieu granulaire à transporter.
Ces prescriptions peuvent avantageusement permettre d'optimiser le transport des poudres P pour un volume de suspension cryogénique SC donné tout en garantissant la mise en œuvre de la suspension par pompage, mise sous pression ou mise sous dépression. Ceci peut ainsi se traduire par une viscosité limitée, de l'ordre de 100 000 mPa.s, et la formulation de suspension adaptée à la tuyauterie de transport.
La granulométrie de la glace carbonique peut avantageusement être comprise entre 500 et 900 pm.
Le système 40 comprend enfin un moyen de mesure 44 du niveau de la suspension cryogénique SC formée, au moins en partie situé à l'intérieur de la cuve de mélange 41. Plus particulièrement, ce moyen de mesure 44 peut prendre la forme d'une canne de bullage ou d'une sonde ultrasonore.
Le système 50 de mise en mouvement de la suspension cryogénique SC permet en outre d'acheminer celle-ci vers le point d'arrivée attendu. Ce système 50 comprend un dispositif de transport par différence de pression 51.
Pour chaque mode de réalisation des figures 3 à 5, le dispositif de transport par différence de pression 51 est différent. Il peut s'agit de moyens de mise en pression, de pompage ou de mise en dépression de la suspension cryogénique SC.
Sur la figure 3, le dispositif de transport par différence de pression 51 correspond à une mise en dépression évitant l'utilisation d'une pompe cryogénique. Sur cette figure 3, la référence Te désigne la température. Il comporte ainsi une pompe 52 de mise en dépression. Il s'agit d'une pompe à vide pour mettre en dépression une cuve de transport 58 dans laquelle doit être recueillie la suspension cryogénique SC. Ce mode de transport de la suspension permet d'éviter le recours à une pompe de circulation cryogénique, potentiellement complexe et onéreuse et ne pouvant pas véhiculer des objets dont la granulométrie moyenne serait supérieure à quelques millimètres. Par ailleurs, cette configuration permet la recirculation de l'azote liquide.
Le transfert de la suspension cryogénique SC vers la cuve de transport 58 se fait par le biais d'une conduite calorifugée 53 qui permet le transport de la suspension formulée tout en limitant les pertes thermiques jusqu'au point d'arrivée du transport.
La cuve de transport 58 s'apparente à un dégazeur. Il s'agit d'une enceinte équipé d'un système de chauffage thermostaté et d'un système de soupape et de pilotage de la pression, symbolisée par la référence Pr sur la figure 3.
En outre, en sortie de la pompe 52, un filtre 54 média adapté à la granulométrie du milieu granulaire à transporter est présent, en amont des évents Ev. Ce filtre 54 peut par exemple être un filtre à papier/fibres de verre ou bougie céramique.
Sur cette figure 3, tout comme pour les figures 4 et 5 décrites ensuite, un premier réservoir d'alimentation 71 en azote liquide, calorifugé, et un deuxième réservoir d'alimentation 72 en azote sous forme de gaz comprimé sont présents. De même, pour les trois exemples de réalisation des figures 3, 4, et 5, un débitmètre massique 74 est présent au niveau de la cuve de mélange 41, par exemple de type à effet Coriolis ou ultrasonique.
Un pot de recyclage 73 est enfin prévu qui forme un réservoir tampon servant à la recirculation d'azote liquide.
La figure 4 représente un dispositif de transport par différence de pression 51 qui correspond à une mise en pression de la cuve de mélange 41 contenant la suspension cryogénique SC. Aussi, dans cet exemple, la cuve de mélange 41 comprend des moyens de mesure de pression MP. Dans cette configuration, un autre débitmètre massique 59, par exemple de type à effet Coriolis ou ultrasonique, est utilisé. De plus, une vanne d'alimentation 75 en azote sous forme de gaz est prévue pour la mise sous pression.
La figure 5 représente un exemple dans lequel le dispositif de transport par différence de pression 51 correspond à un pompage par une pompe de circulation 57 pour le soutirage de la suspension cryogénique SC.
La pompe de circulation 57 est une pompe d'aspiration. Elle peut par exemple être à piston ou à rotor (péristaltique), notamment à jonction souple de type polytétrafluoroéthylène (PTFE). La pompe 57 est alors cryogénique et constituée d'internes permettant de résister mécaniquement à la température de la suspension, généralement proche de -196°C, et permettant le transfert de matière solide constitutive de la suspension. La granulométrie de la suspension cryogénique SC ne peut alors classiquement être supérieure à quelques millimètres.
Une vanne trois voies 55, prévue pour le réglage de l'ouverture de la boucle de bypass, et une autre vanne 56, prévue pour l'ouverture et la fermeture du bypass, sont également présentes dans cette configuration de dispositif de transport 51.
Par ailleurs, un système de pilotage 60 de la mise en mouvement de la suspension cryogénique SC est prévu. Ce système de pilotage 60 permet notamment la mise en mouvement de la suspension cryogénique SC en fonction d'au moins un paramètre lié au système 40 de mélange et de mise en suspension, en en particulier le couple Co. Le système de pilotage 60 permet de compiler l'ensemble des mesures réalisées sur le dispositif 30 pour transporter les poudres P, et permet les actions de pilotage ou rétroactions sur les organes pilotables, tels que vannes, pompe, moteur d'agitation, etc.
Le système de pilotage 60 intègre ainsi l'acquisition et le traitement de plusieurs données :
- la mesure de la quantité de matières de la glace carbonique MC02 et des poudres Mpoudre, ainsi que du fluide cryogénique FC, de sorte à évaluer les teneurs volumiques et/ou massiques des constituants de la suspension cryogénique SC ; - la mesure du niveau de la cuve de mélange 41 pour éviter son engorgement et évaluer la masse volumique de la suspension cryogénique SC formée ;
- la mesure du couple d'agitation Co permettant d'évaluer la viscosité de la suspension cryogénique SC et permettant de vérifier que celle-ci est homogène et suffisamment agitée.
Concernant le paramètre de couple d'agitation Co, la figure 6 représente graphiquement la valeur du couple d'agitation Co en fonction du temps t. Les références A0, Al, A2 et A3 correspondent respectivement au couple à vide, à un premier ajout de charge solide, à un deuxième ajout de charge solide et à un troisième ajout de charge solide. Ainsi, à chaque introduction de matière Al, A2 et A3, le couple Co augmente pour une vitesse d'agitation donnée. Toutefois, après une certaine durée d'agitation, le couple Co tend à se stabiliser comme le montrent les paliers sur la figure 6. Ceci permet alors d'introduire éventuellement une quantité supplémentaire de poudres P dans la suspension cryogénique SC si la consigne de débit de transport l'impose, par exemple.
En fonction de la configuration employée pour le système 50 de mise en mouvement de la suspension cryogénique SC, à savoir celles décrites des trois réalisations des figures 3, 4 et 5, le système de pilotage 60 intègre aussi l'acquisition et le traitement des données décrites ci-après.
Dans le cas d'une configuration du type de celle décrite en référence à la figure 3, à savoir un transport par cuve de transport 58 mise sous dépression, le système de pilotage 60 permet la mesure de la pression dans la cuve de transport 58 et la mesure de la température au droit de la cuve de transport 58 pour suivre la volatisation du gaz liquéfié sauf en cas de recyclage de ce gaz liquéfié. La séparation peut s'opérer par simple différence de densité et soutirage compte-tenu du fait que l'azote liquide présente une densité généralement plus faible que le milieu granulaire à transporter, de l'ordre de 0,8.
Dans le cas d'une configuration du type de celle décrite en référence à la figure 4, à savoir avec une mise en pression de la cuve de mélange 41 contenant la suspension cryogénique SC, le système de pilotage 60 permet la mesure de pression pour régler le débit de transport de la suspension mesuré par débitmètre massique, par exemple de type Coriolis ou ultrasonique. Dans le cas d'une configuration du type de celle décrite en référence à la figure 5, à savoir celle par pompe de circulation 57 pour le soutirage de la suspension cryogénique SC, le système de pilotage 60 permet la mesure de l'ouverture des vannes 55 et 56 pour permettre de régler le débit de soutirage de la suspension cryogénique SC.
En référence aux figures 7 et 8, on décrit le comportement rhéologique de plusieurs suspensions cryogéniques SC envisageables dans le cadre de l'invention. De plus, la figure 9 illustre la distribution granulométrique de la poudre d'alumine utilisée pour ces suspensions cryogéniques SC.
La granulométrie de la glace carbonique utilisée est avantageusement issue d'une coupe granulométrique effectuée par un tamisage entre 500 et 900 pm.
Précisément, la figure 7 représente l'évolution de la viscosité v, exprimée en mPa.s, en fonction du taux de cisaillement te, exprimé en s 1, pour des suspensions d'alumine (AI2O3), glace carbonique dans l'azote liquide.
La figure 8 représente l'évolution de la viscosité v, exprimée en mPa.s, en fonction du taux de cisaillement te, exprimé en s 1, pour différentes concentrations de suspensions de glace carbonique dans l'azote liquide.
Ainsi, les figures 7 et 8 permettent d'illustrer les viscosités des suspensions cryogéniques et de montrer l'influence de la teneur en glace carbonique sur la viscosité du fluide à transférer. La figure 9 représente l'évolution du volume V, exprimé en %, en fonction de la taille S, exprimée en pm, des particules de poudre d'alumine pouvant être utilisée pour réaliser la suspension cryogénique SC.
Généralement, le comportement rhéologique des suspensions cryogéniques SC peut s'approcher par des lois semi-empiriques. A titre d'exemple, il peut être donné ci- après une expression de la viscosité de suspension en fonction du taux de charge et de la granulométrie du solide constitutif de cette suspension par l'équation (ii) :
(ii) : p/po = (1 + ½·[N] ·F/(1-FL 2, où : p est la viscosité de la suspension ; po est la viscosité de la phase liquide ;
[N] est une constante ; F est le volume de solide dans le volume de la suspension ;
Om est le volume maximal de solide dans le volume de la suspension.
Connaissant la viscosité des suspensions, il est alors possible d'en déduire le débit de transport Qy possible en fonction de la performance de pompage du système mis en œuvre, donnée via la différence de pression entre l'amont et l'aval du système de pompage notée DR. On peut ainsi obtenir l'équation (iii) donnée ci-après :
(iii) : DR = (8 p L) -QV/(TÎ-R4),
DR est la différence de pression entre amont et aval du système de pompage ; m est la viscosité de la suspension ;
Q.v est le débit volumique ;
R est le rayon de la conduite de transport du fluide ;
L est la longueur de la conduite de transport.
Il est possible d'estimer ci-après, dans le cas de quelques suspensions formulées pour l'invention, la performance du système de force motrice à mettre en œuvre pour induire un transport efficace des poudres d'alumine telles qu'illustrées par la figure 9. Le tableau A suivant donne quelques valeurs obtenues.
Tableau A
L'invention n'est bien entendu pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits. Diverses modifications peuvent y être apportées par l'homme du métier.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé pour transporter des poudres (P) non coulables, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes : a) mélange et mise en suspension de poudres (P) et de dioxyde de carbone sous forme solide (CÜ2(s)), avec introduction d'un fluide cryogénique (FC), pour l'obtention d'une suspension cryogénique (SC), les proportions en masse volumique des poudres (P) et du dioxyde de carbone (CÜ2(s)) vérifiant l'équation (i) suivante :
(i) : 40% < [poudres]VOi + [C02(s)]VOi < 80%, où :
[poudres]VOi est la proportion en masse volumique des poudres (P),
[C02(s)]VOi est la proportion en masse volumique du dioxyde de carbone sous forme solide (C02(s)), b) mise en mouvement de la suspension cryogénique (SC) pour permettre son transport, c) pilotage de la mise en mouvement de la suspension cryogénique (SC) en fonction d'un ou plusieurs paramètres (Co) liés à l'étape a) de mélange et mise en suspension.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte l'étape a') de pesage des poudres (P) à transporter et l'étape a") de pesage du dioxyde de carbone sous forme solide (CÜ2(s)), les étapes a') et a") étant préalables à l'étape a) de mélange et de mise en suspension.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'étape b) de mise en mouvement de la suspension cryogénique (SC) comprend une mise sous dépression, un pompage ou une mise en pression de la suspension cryogénique (SC).
4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étape c) de pilotage de la mise en mouvement de la suspension cryogénique (SC) comprend l'étape c') d'acquisition et de traitement de la mesure du couple d'agitation (Co) de la suspension cryogénique (SC).
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étape c) de pilotage de la mise en mouvement de la suspension cryogénique (SC) comprend l'étape c'') de mesure de pression et/ou d'ouverture de pompe effectué lors de l'étape b) de mise en mouvement de la suspension cryogénique (SC).
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étape b) de mise en mouvement de la suspension cryogénique (SC) est suivie d'une étape d) de transport, notamment suivie d'une étape e) de séparation de phases pour l'obtention de poudres transportées (Pt) et la mise en œuvre d'une étape f) de recyclage du fluide cryogénique (FC).
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le diamètre moyen de la granulométrie du dioxyde de carbone sous forme solide (CÜ2(s)) est compris entre 0,1 et 10 fois celui de la granulométrie des poudres (P) à transporter.
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le taux de charge en dioxyde de carbone sous forme solide (CÜ2(s)) est compris entre 0,1 et 10 fois celui en poudres (P) à transporter.
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la viscosité (m) de la suspension cryogénique (SC) en fonction du taux de charge et de la granulométrie du solide constitutif de cette suspension cryogénique (SC) s'exprime par l'équation (ii) suivante :
(ii) : m/m0 = (1 + ½·[N] ·F/(1-FLM2, où : m est la viscosité de la suspension cryogénique (SC) ; mo est la viscosité de la phase liquide ;
[N] est une constante ;
F est le volume de solide dans le volume de la suspension cryogénique (SC) ;
Om est le volume maximal de solide dans le volume de la suspension cryogénique (SC).
10. Dispositif (30) pour transporter des poudres (P) non coulables, pour la mise en œuvre du procédé pour transporter selon l'une quelconque des revendications précédentes, comportant :
- un système (40) de mélange et de mise en suspension de poudres (P), de dioxyde de carbone sous forme solide (CÜ2(s)) et de fluide cryogénique (FC) pour former la suspension cryogénique (SC),
- un système (50) de mise en mouvement de la suspension cryogénique (SC),
- un système de pilotage (60) de la mise en mouvement de la suspension cryogénique (SC), caractérisé en ce que le système (40) de mélange et de mise en suspension comprend :
- une cuve de mélange (41),
- un dispositif de mélange et de brassage (42), situé à l'intérieur de la cuve de mélange (41),
- des moyens d'introduction contrôlée (43a, 43b) des poudres (P) à transporter et du dioxyde de carbone sous forme solide (CÜ2(s)) dans la cuve de mélange (41),
- un moyen de mesure (44) du niveau de la suspension cryogénique (SC) formée, au moins en partie situé à l'intérieur de la cuve de mélange (41).
11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que le système (50) de mise en mouvement de la suspension cryogénique (SC) comprend un dispositif de transport par différence de pression (51).
12. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que le dispositif de transport par différence de pression (51) comprend des moyens de mise en pression, de pompage ou de mise en dépression de la suspension cryogénique (SC).
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