FR2473357A1 - Procede de separation de particules plus magnetiques d'avec des particules moins magnetiques contenues dans un milieu fluide soumis a un champ magnetique et combustible obtenu par application de ce procede - Google Patents
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Abstract
Procédé de séparation de particules plus magnétiques d'avec des particules moins magnétiques contenues dans un milieu fluide soumis à un champ magnétique, et combustible obtenu par application de ce procédé. Ce procédé est caractérisé par le fait que le fluide utilisé est du gaz liquéfié, ce gaz liquéfié pouvant également servir à refroidir le circuit magnétique 19 du séparateur 18 et étant éventuellement utilisé, si ce circuit magnétique 19 possède des propriétés supra-conductrices, pour refroidir un blindage entourant ce circuit magnétique. Application aux installations d'extraction de gaz naturel. (CF DESSIN DANS BOPI)
Description
La présente invention se rapporte à un procédé de sépa-
ration de particules plus magnétiques d'avec des particules moins magnétiques contenues dans un milieu fluide soumis
à un champ magnétique.
Un tel procédé est connu en soi et il est utilisé par exemple pour nettoyer du kaolin ou des minerais. L'élément filtrant du séparateur permettant l'application de ce procédé est par exemple de la laine d'acier que l'on soumet à un champ magnétique de grande intensité; la différence entre les propriétés magnétiques tient au fait que, selon l'intensité du champ, la vitesse et la viscosité du fluide ainsi que la température, certaines particules sont emprisonnées dans la
laine d'acier tandis que d'autres ne le sont pas.
Ce procédé est décrit par exemple dans la publication IEEE Transactions on Magnetics, Vd. Mag-12, N05 de septembre 1976 ainsi que dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique
n03 887 457 et 3 988 240.
On sait que, pour de nombreuses particules paramagnétiques la susceptibilité magnétique (X = M/H) est fonction de la température et inversement proportionnelle à la température absolue (degré Kelvin). Il y a tout lieu de s'attendre à ce que le procédé que l'on vient de décrire soit plus efficace aux basses températures qu'aux températures élevées, mais jusqu'à ce jour, on n'a pas mis en oeuvre le procédé de séparation aux basses températures, étant donné que le refroidissement du séparateur à une température suffisamment
basse est très coûteux et exige un matériel complexe et cher.
L'invention repose sur cette idée que l'on peut mettre en oeuvre aux basses températures le procédé connu, d'une manière peu coûteuse et simple, à la condition d'utiliser, comme fluide, du gaz liquéfié. Des avantages de l'utilisation d'un gaz liquéfié comme fluide sont nombreux. Lorsque le fluide a franchi le filtre, on peut facilement séparer le gaz d'avec le matériau propre et filtré en laissant la phase gazeuse s'échapper à la température ambiante. La viscosité de la phase fluide est faible, de telle sorte que les forces de viscosité peu importantes, agissent sur les particules qui doivent être séparées, ce qui signifie que, pour une intensité donnée du champ magnétique, la vitesse à laquelle le fluide traverse le séparateur peut être plus élevée. La capacité du séparateur augmente donc et la chute de pression à la traversée de ce séparateur diminue; on peut employer une pompe de faible puissance et les particules précipitent plus vite dans un dispositif de séparation préalable si un tel dispositif est utilisé. Si l'on emploie un filtre mécanique pour assurer une première filtration, la chute de pression à la traversée
de filtre est, cette fois encore, plus faible.
On peut construire le séparateur de façon que la chaleur puisse s'échapper ou que l'on puisse l'appliquer au fluide afin que ce fluide entre en ébullition. Il n'est alors pas besoin d'utiliser des agitateurs. Si l'on fait appel à des gaz liquéfiés cryogènes, la magnétisation des particules augmente, de sorte que le rendement est meilleur; on peut utiliser les gaz eux-mêmes comme réfrigérant du bobinage de l'aimant afin que les pertes y soient plus faibles et pour que l'on consomme moins d'énergie; si l'on utilise un aimant supraconducteur, le gaz liquéfié peut servir d'écran thermique autour de l'espace qui contient cet aimant. On peut faire appel à des gaz liquéfiés de types divers, par exemple,
LNG, LH2, LO2 et LN2.
Toutefois, on met le procédé en oeuvre, de préférence en mélangeant du charbon à un gaz réactif liquéfié et on réduisant en poudre le charbon de ce mélange, de façon à obtenir une boue à partir de ce charbon en poudre et de ce gaz liquéfié, après quoi on envoie cette boue dans le séparateur magnétique, d'o on évacue la boue résultante constituée par
du charbon pulvérulent propre et du gaz réactif liquéfié.
Le combustible ainsi obtenu, constitué par du gaz réactif liquéfié et de la poudre de charbon propre, convient de façon remarquable dans les brûleurs o, tandis que le combustible est en ébullition, se produit un mélange intime des constituants, de telle sorte que le rendement du brûleur augmente et qu'il n'y a pas lieu de fournir à ce brûleur de
l'énergie provenant de l'extérieur.
On obtient des résultats particulièrement avantageux si l'on utilise comme fluide du gaz naturel liquéfié
(LNG).
Dans l'ensemble de la production mondiale d'énergie, le gaz naturel liquéfié joue un rôle sans cesse croissant; aux endroits o on le trouve, on l'obtient à des températures
comprises entre -160 et 1700C.
Lorsque l'on utilise du gaz naturel liquéfié, le charbon peut lui être mélangé et mis en poudre, et les constituants forment une boue dont on alimente le séparateur magnétique; le gaz naturel liquéfié qui s'échappe peut alimenter le
réseau de distribution de gaz et l'on chasse la boue consti-
tuée par le gaz naturel liquéfié et par la poudre de charbon propre. Le charbon, lui aussi, est un combustible qui devient de plus en plus important, mais celui que l'on extrait des mines est d'assez mauvaise qualité; il contient de nombreuses impuretés et pollue l'atmosphère. Le lavage du charbon brut doit s'effectuer dans des installations très importantes et très coûteuses, et il est, de ce fait, très peu intéressant du point de vue économique; par ailleurs, l'utilisation de charbon brut non lavé dans des centrales électriques, impose d'avoir recours à des filtres anti-escarbilles d'un prix très élevé dans les conduits des gaz d'échappement et le gaz non lavé présente cet inconvénient de polluer l'air, en particulier par des composés sulfurés. Le procédé exposé plus haut dans ses grandes lignes permet d'éliminer, dans une très grande mesure, les impuretés de la boue de charbon pulvérulent et de gaz naturel liquéfié, en fournissant du gaz naturel liquéfié propre qui peut alimenter directement le réseau de distribution de gaz et une boue de charbon pulvérulent propre et de gaz naturel liquéfié. On peut utiliser cette boue directement comme combustible avec tous les avantages indiqués ci-dessus qu'elle présente, mais on peut également laisser
le gaz naturel liquéfié s'évaporer de cette boue pour alimen-
ter le réseau de distribution de gaz et utiliser comme combustible le charbon pulvérulent propre qui reste. Ce charbon pulvérulent ne contient pratiquement pas d'impuretés de telle sorte que, d'une part, il n'y a pas lieu de chasser -4 des gaz d'échappement des composés sulfurés après combustion du charbon pulvérulent lorsque la proportion de soufre lié organiquement est faible (la teneur en pyrites du charbon pulvérulent est faible par rapport à celle des charbons pulvérulents obtenus normalement), et que, d'autre part, étant donné que la production totale de cendres est faible également, l'ensemble de.l'installation peut être beaucoup
plus simple et économique. -
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention
ressortiront de la description qui va suivre, faite en
regard de la figure unique annexée, et donnant, à titre explicatif mais nullement limitatif, une forme de mise en
oeuvre du procédé.
Cette figure représente une installation complète pour la mise en oeuvre de ce procédé; sur cette figure, les rectangles A, B, C, D, E et F situés en haut et a droite, fournissent la représentation symbolique des matériaux utilisés dans l'installation:le rectangle A correspond- au gaz; le rectangle B correspond au mélange de fluide à l'état d'ébullition et de charbon pulvérulent; le rectangle C, au fluide; le rectangle D, au charbon pulvérulent.; le rectangle E, au mélange de gaz et de charbon pulvérulent et le rectangle
F, aux cendres.
On part d'une masse de charbon désignée par la référence 1, et d'une masse de gaz naturel liquéfié contenue dans un récipient d'alimentation 2; le charbon 1 est réduiten poudre par le dispositif de broyage 3 et la poudre de charbon ainsi obtenue est envoyée dans un dispositif de mesure 4, raccordé par une conduite 5, à unlit à tourbillon 6 o un courant de gaz est entretenu par le compresseur 7 qui fournit,par l'intermédiaire de la conduite 8, du gaz en provenance du récipient mélangeur 9. Ce- récipient mélangeur
9 est alimenté en gaz froid-par la conduite 12 et par le.
compresseur 7, et du gaz liquéfié est fourni par le récipient d'alimentation 2. Le récipient mélangeur 9 est rempli partiellement de gaz liquéfié à l'état d'ébullition; cette ébullition est due au.fait que - , par la conduite 12, du charbon pulvérulent se décharge du lit fluidisé 6 dans le récipient mélangeur 9, ce charbon pulvérulent étant à une température supérieure à celle du gaz liquéfié apporté par la conduite 10. Cette ébullition assure un mélange excellent du charbon pulvérulent et du liquide; une fraction du gaz, qui s'échappe, est envoyée, par l'intermédiaire de la
conduite 8 et du compresseur 7, vers le lit à tourbil-
lon 6, et une autre fraction de ce gaz s'échappe (flèche F1) par la conduite 13. En outre du gaz provenant du récipient d'alimentation 2 s'échappe également par la conduite 14
(flèche P2).
La quantité de chaleur contenue dans les gaz vaporisés peut servir à refroidir le charbon pulvérulent, lorsque le
gaz est un gaz liquéfié cryogénique.
Le mélange à l'état d'ébullition est envoyé, par l'inter-
médiaire de la pompe 15, de la soupape 16 et de la conduite 17, dansle séparateur magnétique 18; ce dernier, qui e t connu en soi, comporte une bobine d'aimantation 19, excitée
par la source 20 d'énergie électrique représentée schéma-
tiquement. Le fonctionnement de ce séparateur et de tout l'ensemble de l'installation est réglé par le poste de
commande 21, représenté de façon schématique.
La valeur réelle de l'intensité du champ magnétique dans le séparateur est fonction de la composition du charbon ce champ peut atteindre 12 tesla. Pour de faibles intensités du champ magnétique, par exemple, jusqu'à 2 tesla, on peut employer un électro-aimant normal à âme de fer, dont on peut refroidir le bobinage par le gaz liquéfié si celui-ci est un fluide cryogène. Les pertes ohmiques et la dissipation de
chaleur sont donc faibles.
Avec un champ magnétique de forte intensité, on peut utiliser un aimant supra-conducteur, refroidi par exemple a l'hélium, et dans ce cas, on peut utiliser le fluide
cryogène comme écran thermique.
Lorsque le mélange traverse le séparateur 18, les particules magnétiques qu'il contient, par exemple des cendres et des pyrites, demeurent dans la matrice de ce séparateur, tandis que les particules non magnétiques par exemple de charbon pulvérulent propre, s'échappent, par l'intermédiaire de la conduite 22, de la soupape 23
et de la conduite 24, dans le récipient de précipitation 25.
6- Dans ce récipient de précipitation 25, on règle la pression et la température de manière-que le fluide n'entre pas en ébullition, pour que le charbon pulvérulent propre 26 précipite et puisse être chassé, après quoi le gaz que contient ce récipient peut s'échapper et le charbon prend la température ambiante; toutefois, il est possible également de chasser le mélange de gaz liquéfié-(lorsque ce gaz est un gaz réactif comme le LNG, LH2, LO2 ou LPG) et le charbon tel quel et
d'utiliser ce mélange comme combustible dans un brûleur.
La figure indique également de quelle manière le gaz liquéfié peut revenir, par l'intermédiaire de la conduite 27,du compresseur 28 et de la conduite 29, dans le récipient d'alimentation 2; l'échappement du gaz contenu dans le récipient de précipitation 25 se fait-par la conduite 30
- (flèche F3) tandis que l'échappement du charbon pulvérulent-
sec et propre se fait par la conduite 31, représentée de
façon schématique-(flèche F4).
Au bout d'un certain temps de traitement, la matrice du séparateur 18 est saturée et il faut la nettoyer. A ce stade, la soupape 16 située entre le récipient mélangeur 9 et le séparateur 18, ainsi que la soupape 23 située entre ce séparateur et le récipient de précipitation 25, sont
fermées et le champ magnétique a alors une intensité faible.
On met alors en marche un circuit de lavage; ce-circuit comprend le récipient 32 de précipitation de cendres, qui renferme du gaz liquéfié dans lequel peuvent précipiter des cendres, la température et la pression de ce récipient étant réglées de façon que le fluide ne puisse pas entrer en ébullition. On peut régler le niveau du fluide dans ce récipient à l'aide de la soupape 33 située entre les conduites 34 et 35 qui relient le récipient 25 de précipitation du charbon pulvérulent au récipient 32 de précipitation des cendres. Lorsque le compresseur 36 est mis en marche et que les soupapes 37 et 38 se sont ouvertes, on lave la matrice du séparateur avec le fluide qui circule dans les conduites 39, 40, 41,17, 42 et 43; on envoie alors un mélange de gaz liquéfié et de cendres dans le récipient de précipiation de cendres. Après précipitation, les cendres propres et sèches s'échappent (flèche F5) par la conduite d'échappement 44,
et le gaz qui se trouvait dans le mélange chassé est éliminé.
On peut ensuite remettre ce gaz dans le circuit et le réin-
troduire dans l'installation.
Mais on peut également laver le séparateur à l'aide d'un courant gazeux, puis chasser du gaz les cendres dans un
séparateur centrifuge.
Une conduite 45 d'échappement de gaz est branchée sur le récipient de précipitation; le gaz peut êtrechassé dans l'atmosphère (flèche F6) ou il peut alimenter un réseau de distribution de gaz; suivant une variante, on peut le
liquéfier pour alimenter le récipient 2.
On comprend aisément que, si l'on fait appel à un poste de commande approprié, on peut régler tous les paramètres (températures et pressions, alimentation en charbon, vitesse du gaz et vitesse du mélange de gaz et de charbon pulvérulent, vitesse du fluide et du fluide à l'état d'ébullition, ainsi que réglage des soupapes et des intensités du champ magnétique) de manière telle que l'ensemble de l'installation fonctionne avec un rendement extrêmement élevé. La conception d'un tel poste de commande est à la portée des spécialistes et il n'y a pas lieu de donner de précisions à ce sujet. On peut procéder à la mise en poudre du charbon après son mélange avec le gaz liquéfié, ce qui est avantageux du fait qu'aux faibles températures le charbon est plus friable, sa mise en poudre suscitant alors une moins grande consommation d'énergie. On peut rendre le procédé continu en faisant appel à des techniques connues d'extraction du séparateur d'une matrice filtrante saturée et de son remplacement par une matrice filtrante propre, par exemple en utilisant un caroussel, la matrice filtrante saturée étant lavée à
l'extérieur du circuit magnétique du séparateur.
Claims (8)
1. Procédé de séparation de particules plus magnétiques d'avec des particules moins magnétiques contenues dans un milieu fluide soumis à un champ magnétique, caractérisé
par le fait que le fluide utilisé-est du gaz liquéfié.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le fluide, qui est du gaz liquéfié, sert également
à refroidir le circuit magnétique du séparateur.
3. Procédé selon la revendication 1, faisant appel à
un circuit magnétique possédant des propriétés supra-
conductrices, caractérisé par le fait que l'on utilise le gaz liquéfié pour refroidir n blindage disposé autour du
circuit magnétique.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à
3, caractérisé par le fait que l'on mélange du charbon brut à un gaz réactif liquéfié, que l'onréduit ce charbon en poudre et que l'on forme une boue avec ce charbon pulvérisé et avec le gaz liquéfié, après quoi on envoie cette boue dans un séparateur magnétique et l'on évacue la boue ainsi obtenue
de charbon pulvérulent propre et de gaz-réactif liquéfié.
5. Procédé selon la revendi/ation 4, caractérisé par le fait que ledit gaz liquéfié est du gaz naturel liquéfié
(LNG).
6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé par le fait qu 'onlaisse ce gaz naturel liquéfié s'échapper de la boue ainsi obtenue de charbon pulvérulent propre et de gaz naturel liquéfié, et que l'on envoie ce gaz dans.le réseau de distribution de gaz, tandis que le charbon pulvérulent
résultant est évacué comme produit final.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications
4 à 6, caractérisé par le fait que le transfert des particules solides est assuré par le gaz liquéfié à l'état d'ébullition et par le fait que la séparation s'effectue par gravitation des particules solides dans le gaz liquéfié, dans des conditions telles que ce dernier n'est pas ou à peine à
l'état d'ébullition. -
8. Combustible constitué par du gaz réactif liquéfié et par du charbon pulvérulent lavé, obtenu par application
du procédé décrit aux revendications 4 et 5.
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