FR2517561A1 - Reservoir de separation centrifuge d'une matiere particulaire - Google Patents

Abstract

LE RESERVOIR COMPREND UN BOITIER 30 MUNI DE CLOISONS 10, 12 DELIMITANT UNE CHAMBRE SUPERIEURE 42 D'ENTREE DE GAZ, UNE CHAMBRE INTERMEDIAIRE 44 DE SEPARATION ET UNE CHAMBRE INFERIEURE 46 D'EVACUATION DE GAZ EPURE; LA CHAMBRE DE SEPARATION CONTIENT DES SEPARATEURS CENTRIFUGES AYANT CHACUN UN TUBE INTERNE ET UN TUBE EXTERNE DELIMITANT UN CANAL ANNULAIRE COMMUNIQUANT A SA PARTIE SUPERIEURE AVEC LA CHAMBRE D'ENTREE TANDIS QUE LE TUBE INTERNE COMMUNIQUE PAR DES FENTES AVEC LE CANAL ANNULAIRE ET COMMUNIQUE A SA PARTIE INFERIEURE AVEC LA CHAMBRE D'EVACUATION.

Description

La présente invention concerne un réservoir comportant des séparateurs de particules entrainées par des gaz.

L'invent on concerne plus précisément la séparation des particules entraînées par des gaz, à l'aide de séparateurs "centrifuges", c'est-à-dire provoquant la séparation sous l'action d'une force centrifuge. L'in- vention s'applique particulièrement bien à la séparation des particules de catalyseur des vapeurs d'hydrocarbures provenant d'opérations de craquage catalytique, et elle convient aussi avantageusement d'autres applications, par exemple au retrait des matières solides en suspension dans des gaz transmis à des chaudières1 obtenus par gazéification et liquéfaction du charbon,~ la séparation moléculaire, et aux installations comprenant des chaudières suralimentées.

Au as cours n'un craquage catalytique, les sépa- rateurs de particules selon l'invention sont surtout utiles pour la séparation du "troisième étage", c'est-a-dire la séparation des particules relativement petites des gaz après le retrait des particules relativement grosses par des séparateurs à cyclone. La séparation du troisième étage est très importante pour la lutte contre la pollution atmosphérique et du point de vue de la rentabilité. Certains catalyseurs actifs peuvent être avantageusement récupérés puis réutilisés par ce mode de séparation.En outre, le gaz propre purifié provenant de cette séparation peut être utilisé pour l'entraînement d'une turbine sans érosion notable des ailettes, pouvant être provoquée lorsque de telles particules sont encore présentes dans le gaz transmis a la turbine.

On connaît déjà des séparateurs centrifuges d'un type comprenant un tube externe et un tube interne concentrique délimitant entre eux un passage annulaire. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique n0 3 443 368 décrit un séparateur centrifuge de ce type. Le tube interne qui cons titue aussi une canalisation d'évacuation de gaz propre, a une extrémité ouverte pénétrant dans la région délimitée dans le tube externe. La surface interne-du tube externe est revêtue d'une céramique réfractaire.

Lors du fonctionnement, le gaz chargé de matitre particulaire pénètre dans le passage annulaire avec un mouvement tourbillonnant imposé par des ailettes assoc#iées au séparateur. La force centrifuge chasse la matitre particulaire présente dans les gaz vers l'extérieur, contre la surface interne du tube#externe. Ces particules1 avec une partie de gaz de purge, pénètrent dans une rigole annulaire étroite formée au fond du séparateur et elles en sont évacuées. Le gaz propre qui est alors purifié, est aspiré à l'extrémité inférieure ouverte du tube interne (d'évacuation de gaz pro-pre) et remonte afin qu'il sorte du séparateur à la partie supérieure.

Le brevet des Etats-Unis d'Amérique n0 3 631 657 décrit un appareil d'épuration d'un gaz contenant un rE- servoir interne enfermé dans un réservoir externe. Le réservoir interne a des cloisons délimitant une chambre de gaz épuré, une chambre intermédiaire entrée et une chambre collectrice de particules. Le gaz à épurer est transmis à la chambre intermédiaire qui contient plusieurs séparateurs centrifuges, par exemple du type décrit dans le brevet précité des Etats-Unis d'Amérique n0 3 443 368.

Les partes inférieures des séparateurs communiquent avec la chambre collectrice afin que les particules séparées se déposent. Le tube interne d'évacuation de gaz épuré des différents séparateurs dirige le gaz épuré vers le haut vers la chambre d'évacuation de gaz épuré. Le gaz ainsi purifié découle par des trous formEs dans la parti latérale de cette chambre, dans l'espace délimité entre les réservoirs interne et externe, et il est évacué de l'appareil par une buse de sortie associée au réservoir externe.

Le brevet des Etats-Unis d'Amérique n0 2 941 621 concerne un autre mode de réalisation de séparateur centri- fuge connu, comprenant un tube externe et un tube interne d'évacuation de gaz épuré, disposés concentriquement à l'intérieur. Le gaz à purifier pénètre dans un canal annulaire délimité entre les tubes interne et externe avec un mouvement tourbillonnaire imparti par des ailettes.

Les particules séparées et les gaz de purge descendent au fond du tube externe et sont évacués de celui-ci alors que le gaz purifié et propre remonte dans le tube interne d'évacuation et sort du séparateur par-dessus. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique n0 3 066 854 décrit un séparateur analogue.

Plusieurs de ces séparateurs sont incorporés à un seul réservoir ayant des cloisons qui délimitent une chambre centrale interne qui supporte les séparateurs et peut recevoir le gaz à purifier, une chambre collectrice inférieure communiquant avec la partie inférieure des séparateurs et destinée à recevoir les particules et le gaz de purge qui en proviennent, et une chambre -supérieure de sortie de gaz propre, communiquant avec le tube interne d'évacuation et destinée à recevoir le gaz purifié. Des conduits permettent le passage en dérivation par rapport à la chambre supérieure d'évacuation de gaz Apure et l'introduction du. gaz à purifier directement dans la chambre centrale de séparation.

Les séparateurs centrifuges connus présentent aussi des problèmes d'érosion provoqués par la circulation des particules séparées. Cette circulation est due au fait que, même lorsque les particules ont été séparées du gaz, elles sont encore piégées dans les séparateurs et soumises aux turbulences si bien qu'elles viennent frapper les parois du séparateur et continuent à s'agiter entre cellesci, en provoquant une érosion importante.

En outre, comme le gaz purifié sort par la partie supérieure du séparateur alors que les particules -séparées et le gaz de purge sortent par le fond du séparateur, le réservoir connu contenant des séparateurs doit obligatoirement avoir la chambre d'évacuation de gaz épuré#au- dessus des séparateurs, et la chambre collectrice audessous de ceux-ci. Ainsi, la chambre qui loge les sépa- rateurs d o i t e t r e p 1 a c ê e entre les chambres supérieure et inférieure si bien qu'i 1 f a u t un arrangement complexe comprenant un conduit séparé d'entrée d'air destiné a transporter le gaz chargé de particules dans la chambre supérieure d'évacuation de gaz épuré1 avant introduction dans la chambre de séparation du réservoir.

L'invention concerne ainsi un réservoir comprenant des séparateurs et ne présentant pas les inconvénients des dispositifs connus. Plus précisément, l'in#en- tion c o n c e r n e un récipient qui est simple, peu comateux et durable, qui possède un rendement élevé et dont l'entretien est commode.

Plus précisément, l'invention c o n c e r n e u n s 6 p a r a t e u r d a n s lequel chaque sepa- rateur centrifuge comprend un tube métallique externe de diamètre relativement grand et un tube métallique interne de diamètre plus petit, placé concentriquement et longitudinalement dans ce tube externe. Le tube interne a une partie supérieure fermée et un fond ouvert. La surface externe du tube interne et la surface interne du tube externe délimitent un canal annulaire. Celui-ci est ouvert à sa partie supérieure afin que le gaz puisse pénétrer, alors que son fond est fermé. Plusieurs ailettes de tourbillonnement sont placées a proximite de la partie supérieure de ce canal annulaire et donnent un mouvement tourbillonnaire au gaz, dans le canal.

Le tube interne délimite une série de fentes inclinées qui sont dirigées vers l'intérieur, vers le centre longitudinal de ce tube et permettent la communication entre le canal annulaire et l'espace délimité à l'intérieur du tube. Ces fentes provoquent un changement brutal de direction du courant de gaz tourbillonnaire qui provient du canal annulaire et pénètre dans le tube interne par l'intermédiaire des fentes.

Une chambre collectrice annulaire est délimitée, vers le fond du canal annulaire, entre la surface interne du tube externe, la surface externe du tube interne, un dispositif annulaire inférieur de fermeture, et une nervure annulaire supérieure placée au-dessus du dispositif de fermeture. Cette nervure dépasse transversalement de la face externe du tube interne, vers la face interne du tube externe. Sa dimension radiale est légèrement inférieure a la différence des diamètres des tubes externe et interne. Ainsi, le bord externe de la nervure et la face interne du tube externe délimitent un passage étroit qui débouche, vers le bas, dans la chambre collectrice.

La nervure peut aussi comporter des ailettes anti-tourbillonnement (ou des pales) disposées dans l'ouverture du passage étroit, afin que l'énergie cinétique se transforme en pression. Ainsi, un pourcentage prédéterminé du gaz qui tourbillonne dans le canal annulaire est dirigé sous pression dans la petite chambre collectrice inférieure fermée en augmentant la pression qui y règne.

Un dispositif d'évacuation, par exemple un orifice ou une tuyauterie d'évacuation, débouchant à travers le tube externe, communique avec cette chambre çollectrice et permet le retrait de la matière présente dans cette chambre.

Lors du fonctionnement, du gaz chargé de particules pénètre à la partie supérieure du canal annulaire.

Les ailettes associées de tourbillonnement assurent la formation d'un courant tourbillonnaire de gaz. La force centrifuge chasse les particules les plus grosses contre la face interne du tube externe. Ces particules séparées descendent le long de la surface interne et pénètrent, avec une partie formant gaz de purge, dans la chambre collectrice annulaire inférieure a partir de laquelle elles sont évacuées par le dispositif associé à la chambre collectrice.

Lorsque le gaz descend en tourbillonnant dans la chambre annulaire et effectue plusieurs tours, la matière particulaire supplémentaire en est séparée sous l'action de la force centrifuge.

Après la séparation centrifuge précitée des particules de dimensions relativement grosse et intermédiaire, le long de la partie annulaire de séparation du canal, le gaz partiellement purifié qui descend en tourbillonnant dans le canal annulaire, atteint les fentes du tube interne. Ces fentes sont inclinées de manière que le gaz, lors du passage du canal annulaire au tube interne, subisse un changement brutal de direction de circulation lorsqu'il pénètre dans les fentes. Ce changement de direction et de circulation brutal vers l'intérieur provoque le maintien dans le canal annulaire des particules petites (qui n1 ont pas été séparées initialement du gaz) alors que la plus grande partie du gaz pénètre dans le tube interne et descend par la partie inférieure ouverte.Les petites particules restant dans le canal annulaire descendent dans la chambre collectrice inférieure si bien que l'étape supplémentaire de séparation est terminée.

te gaz épuré sort de chaque séparateur par son fond, et les particules séparées et le gaz de purge sortent de la chambre collectrice en direction transversale. Ainsi, plusieurs de ces séparateurs peuvent être incorporés à un réservoir fermé et le gaz à purifier peut être introduit directement a la partie supérieure du réservoir. Cette caractéristique ne peut pas être utilisée dans l'appareillage connu décrit précédemment car les séparateurs connus évacuent le gaz épuré vers le haut.Cette structure connue nécessite l'attribution de la chambre supérieure au gaz propre provenant des séparateurs et impose l'utilisation d'une chambre intermédiaire formant chambre d'entrée d'air, si bien que le réservoir doit comprendre des conduits des tinés a transporter le gaz à épurer à travers la chambre supérieure contenant le gaz propre; afin qu'il pénètre dans la chambre intermédiaire d'entrée de gaz.

La disposition avantageuse de la chambre d'entrée de gaz à la partie supérieure du réservoir, sans présence d'un conduit gênant non seulement supprime un tel conduit mais aussi permet un accès facile aux tubes des séparateurs qui peuvent ainsi être inspectés ou entretenus, si bien que le montage et le démontage du réservoir sont commodes.

Comme les particules séparées et le gaz de purge quittent les séparateurs en direction latérale, le gaz purifié peut avantageusement être évacué du réservoir vers le bas, sans qu'il se mélange à nouveau aux particules séparées.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'exemples de réalisation et en se référant aux dessins annexés sur lesquels
la figure 1 est une coupe longitudinale d'un séparateur centrifuge destiné à un réservoir de séparation selon un mode de réalisation de l'invention
la figure 1A représente une variante d'une partie du séparateur de la figure 1
la figure TE représente des ailettes anti-tourbillonnement qui peuvent être utilisées dans l'appareil de la figure i
la figure 1C représente la configuratién d'ailettes de tourbillonnement
la figure 2 est une vue en plan du séparateur centrifuge de la figure 1, représentant une série d'ailettes de tourbillonnement
la figure 3 est une élévation en coupe partielle, à échelle beaucoup plus petite que les figures 1 et 2, d'un réservoir contenant plusieurs séparateurs centrifuges du type représenté sur la figure 1
les figures 4A et 4B sont des vues en plan re pré sentant des exemples de disposition de séparateurs centrifuges montés dans le réservoir de la figure 3 ; et
les figures 5A, 5B, 5C, 5D et SE sont des coupes du tube interne d'un séparateur centrifuge tel que repr6- senté sur la fiture 1, représentant diverses configurations avantageuses des fentes formées dans le #tube interne du séparateur de la figure .1.

La figure 1 r e p r é s e n t e un séparateur- portant la référence générale 2 . il comprend un tube interne 4 de forme générale cylindrique, placé concentriquement dans un tube externe 6 de forme générale cylindrique. Le tube interne est disposé dans la direction longitudinale du tube externe. Un canal annulaire 8 destiné a recevoir un. courant de gaz, est délimité entre la surface interne du tube externe et la surface externe du tube interne.

Deux plaques 10 et 12 de support de tubes sont disposées vers le haut et vers le bas du séparateur centrifuge. Ces plaques logent et maintiennent les extrémités supérieure et inférieure du séparateur.- Une pièce circulaire supérieure 17 de fermeture obture la partie supérieure du tube interne mais laisse libre celle du canal annulaire 8. Une cloison annulaire inférieure 16 ferme la partie inférieure du canal mais laisse libre l'extrémité inférieure du tube interne.

Dans le mode de réalisation avantageux repré- senté sur la figure 1, les plaques supérieure et inf6- rieure, la pièce supérieure de fermeture, la cloison annulaire inférieure et les tubes interne et externe sont formés de métal. L'utilisation de tels éléments métalliques permet une fabrication peu coûteuse du séparateur, en comparaison d'ensembles revêtus d'une céramique, souvent nécessaires avec la technique connue. Les tubes métalliques peuvent être trempes superficiellement afin que l'érosion soit réduite.

Les plaques supérieure' et inférieure 10 et 12 associées aux nombreux séparateurs centrifuges 2 disposés entre les deux plaques et fixés à elles forment une structure rigide en treillis qui résiste bien à la flexion vers le bas, à l'affaissement et à la déformation. Les deux plaques 10 et 12 espacées verticalement jouent le roule des ailes supérieure et inférieure d'une structure en treillis alors que les séparateurs 2 constituent des tirants placés entre les ailes.En conséquence, les plaques 10 et 12 qui sont placées horizontalement peuvent être re- lativement minces par rapport a celles qui sont nécessaires dans les structures connues de diamètre comparable, et l'ensemble global 10, 12 et 2 de forme cylindrique est relativement résistant et peut facilement être supporté comme un panier, par sa périphérie, a l'aide de l'organe 49 de support décrit dans la suite du présent mémoire.

Le séparateur centrifuge 2 comporte une série d'ailettes associées 15 de tourbillonnement disposées dans le canal annulaire 8, vers la partie supérieure de celuici, afin qu'elles donnent un mouvement tourbillonnaire au gaz présent dans le canal. Dans une variante, une entrée tangentielle du gaz par rapport au canal 8 peut donner le mouvement tourbillonnaire au gaz présent dans ce canal.

Une chambre annulaire 14 destinée a collecter les particules séparées et a permettre l'écoulement d'un gaz de purge est placée a la partie inférieure du canal annulaire 8. Cette chambre collectrice est délimitée par la cloison inférieure 16, la surface externe du tube interne 4, la surface interne du tube externe 6, et un organe 18 en forme de nervure, monté sur le tube interne et ayant un bord externe 20 très proche du tube externe.La cloison inférieure qui ferme l'espace compris entre le tube interne et le tube externe, en direction perpendiculaire aux surfaces de ces tubes, forme un fond fermé de la chambre collectrice
La nervure 18 est placée au-dessus de la cloison 16, à la partie supérieure de la chambre collectrice, et est disposée transversalement depuis la face externe du tube interne 4, vers la face interne du tube externe 6.

La dimension radiale de cette nervure est légèrement inférieure à la différence entre le diamètre interne du tube externe et le diamètre externe du tube interne. Ainsi, le bord 20 de cette nervure 18 et la face interne du tube externe 6 délimitent un passage étroit 22 qui débouche vers le bas dans la chambre collectrice 14. La nervure elle-même peut être disposée transversalement ou peut être inclinée vers le bas et vers l'extérieur comme indiqué sur la figure 1A, par rapport aux surfaces des tubes interne et externe.

Le cas échéant, des ailettes 19 anti-tourbil- lonnement peuvent être disposées dans la région du passage 22 et portées par la nervure 18. Ces ailettes trans forment l1énergie cinétique du gaz qui tourbillonne dans le canal annulaire 8, en une pression si bien qufiil existe une différence de pressions entre l'lnt rieur de la chambre collectrice 14 et la région 44 qui se trouve à l'extérieur du tube externe, empêchant ainsi l'arrêt de la matière particulaire séparée et le couplage des séparateurs adjacents.

Un orifice 24 d'évacuation est formé dans la paroi du tube externe 6 et communique avec la partie-infé- rieure de la chambre collectrice .14. La matière partie laire qui s'est accumulée dans cette chambre 14 en est retirée par cet orifice 24 Ce dernier a une dimension suffisante pour qu'une différence de pressionscomprise en tre 0,007 et 0,01 bar se maintienne entre le gaz présent dans la chambre collectrice 14 et la région 44 qui se trouve a l'extérieur du tube externe. La dimension relative des orifices 24 règle la quantité de gaz de purge évacué par les chambres collectrices individuelles 14 dans la chambre commune 44 (voir figures 1 et 3).

Les flèches 27 représentent le courant vers l'extérieur du gaz de purge qui entraîne avec lui la matitre particulaire accumulée, enlevée de la chambre 14.

Etant donné que la pression dans la chambre 44 est maintenue volontairement à une pression prédéterminée inférieure de 0,007 a O,C1 bar à celle de la chambre amont 14, le courant ne peut pas changer intempestivement de sens sous l'action des petites différences de pressions existant entre les chambres 14 de plusieurs séparateurs 2.

Comme indiqué plus en détail dans la suite du présent mémoire, une buse 52 à écoulement critique placée en aval de l'orifice 24 règle le débit massique total du gaz de purge de tous les séparateurs 2, chaque orifice individuel 24 participant au débit massique total du gaz de purge en proportion La différence de pressions régnant à chaque orifice 24 est réglée par la masse du gaz de purge transmis par l'orifice correspondant, et elle est elle-même réglée par la masse totale de gaz de purge s'écoulant dans la buse 52. Elle a une valeur constante pour un jeu déterminée de conditions de fonctionnement.

Une série de fentes 26 est délimitée dans le tube interne 4. Ces fentes permettent au gaz qui tourbil- lonne dans la chambre annulaire 8, de pénétrer dans le tube interne, avec un changement net de direction de circulation, si bien que le courant tourne brutalement vers l'intérieur, dans le tube interne. On considère qu'on obtient les meilleurs résultats lorsque les fentes sont disposées comme représenté, au-dessous du centre approximatif du tube interne 4, dans la direction longitudinale.

Les figures SA a SE représentent diverses variantes de configurationsde ces fentes 26. Elles peuvent par exemple être normales (figure 5A), chanfreinées (figure 5B), inclinées à l1opposé du courant (figure 5C), incl4nEes dans le sens du courant (figure 5D) ou combinées (figures SE).

Une fente normale 26A est disposée perpendiculairement à la tangente à la composante de tourbillonnement du courant 29 des gaz dans le canal 8 a proximité de la fente, vers l'intérieur. Une fente 26C en opposition est inclinbevers l'intérieur, en sens opposé à celui de la composante de tourbillonnement du courant 29 des gaz dans le canal annulaire à proximité de la fente. Inversement, une fente 26D de même sens est inclinée vers l'intérieur dans la même direction que la composante de tourbillonnement du courant 29. Une fente chanfreinée 26B converge vers l'intérieur du tube interne. La fente 26E est une combinaison d'une fente normale, d'un premier coté vertical, et d'une fente en opposition, de l'autre côté vertical.

Comme l'indiquent clairement les figures SA a SE, et comme décrit aussi dans la suite du pré#sent mémoire, les fentes provoquent un changement-brutal 31 de direction de circulation des gaz qui tourbillonnaient comme indiqué par la flèche 29, autour de la périphérie externe du tube interne 4, et ils pénètrent alors brutalement dans les fentes et créent ainsi brutalement une composante radiale.

L'importance du changement de direction du courant et la brutalité de ce changement dépendent de la configuration particulière des fentes formées dans le séparateur et de la position des fentes dans le tube interne. Comme in diqué sur les figures SA à SE, le gaz qui tourbillonne est représentécomme circulant dans le sens anti-horaire (flèche-29), et le changement de direction du courant 33 le plus grand est provoqué par la configuration des fentes 26C placées en opposition comme indiqué sur la figure 5C et par la fente combinée 26E représentée sur la figure SE.

Lors du fonctionnement, le gaz chargé des particules pénètre comme indiqué par la référence 35, à la partie supérieure ouverte du canal annulaire 8, sous l'action des ailettes 15 qui sont courbées dans la direction axiale comme les pales d'une turbine. Ces ailettes de tourbillonnement donnent'au gaz qui est introduit un mouvement tourbillonnaire si bien que le gaz tourne autour de la périphérie externe de la partie supérieure du tube interne 4. La force centrifuge du mouvement tourbillonnaire provoque l'expulsion vers l'extérieur des particules les plus grosses contre la surface interne du tube externe 6.

Sous l'action des forces de gravité et du mouvement d'une petite quantité de gaz de purge 27 quittant le fond de la chambre annulaire 8i les particules séparées relativement grosses descendent le long de la surface interne du tube externe et passent dans le passage étroit 22. Ainsi, les particules séparées, avec une partie du gaz de purge, pénètrent dans la chambre-collectrice 14. L'orifice 24 d'évacuation permet le retrait de la matière collecté hors de la chambre 14.

Lorsque les particules les plus grosses ont subi une séparation centrifuge initiale, le gaz tourbillonnant qui continue a descendre dans le canal 8 et subit une séparation supplémentaire, atteint la proximité des fentes 26 du tube interne. Corme il existe une dif- férence de pressions entre la partie supérieure et la partie inférieure du séparateur et comme le fond du canal annulaire est fermé alors que le fond du tube interne est ouvert, le tourbillon gazeux pénètre vers l'intérieur dans le tube interne, par les fentes. (En général, la diffé- rence de pressions entre le haut et le bas du séparateur 2 peut être de l'ordre de 0,07 à 0,1 bar. En d'autres termes, il s'agit de la différence de pressions entre le-courant 35 entrant dans le séparateur 2 et le courant 37 qui le quitte).

Comme indiqué précédemment et représenté sur les figures SA à SE, la configuration des fentes est telle que le gaz qui est introduit subit un changement brutal de direction radiale. Ce changement de direction du courant provoque une séparation supplémentaire des particules plus petites qui n'ont pas encore été séparées lors de l'entrée et du tourbillonnement du gaz dans le canal annulaire. Ces petites particules restent en arrière lors du changement brutal de direction. En d'autres termes, étant donné leur inertie, elles continuent à effectuer un mouvement tourbillonnaire 29 < f iguresSA à 5E) dans le canal 8 lorsque le courant change brutalement de direction vers l'intérieur comme indiquE par les références 31 et 33, par les fentes.En outre, certaines particules frappent les côtés aval 39 des fentes et sort renvoyées dans le canal annulaire Ces particules qui sont séparées en supplément restent dans le canal annulaire et se déplacent vers la face interne du tube externe, en descendant dans la chambre collectrice 14 et au fond de celle-ci alors que le courant principal de gaz pénètre dans le tube interne par les fentes 26. Les particules séparées en dernier sortent de la chambre collectrice avec celles qui ont été séparées préalablement, par l'intermédiaire de l'orifice 24 d'évacuation comme décrit précédemment.

Après touts les étapes de séparation, le courant tourbillonnaire principal de gaz épuré s'écoule dans les fentes et dans le tube interne et descend dans celui-ci pour sortir comme indiqué par la référence 37, par le fond du séparateur et plus précisément par l'extrémité inférieure ouverte du tube interne.

Pendant la séparation décrite, une petite quantité de gaz a purifier reste dans le canal annulaire et ne passe pas dans les fentes vers le tubé interne. Ce gaz de purge tourbillonne vers le bas, vers la nervure infF- rieure 18 qui peut porter au moins une ailette anti-tourbillonnement 19 (figure lB) afin que le courant de gaz soit dirigé dans le passage 22. -En effet, les ailettes anti-tourbillonnement 19 transforment l'énergie cinEtlque en pression dans la petite chambre collectrice 14, si bien qu'il apparaît une différence#de pressions comprise entre 0,007 et 0,01 bar entre l'intérieur de cette chambre et la région 44 qui se trouve à l'extérieur du tube externe
Cette différence de pressions empêche le couplage du sé- parateur centrifuge avec d'autres séparateurs analogues placés au voisinage et empêche ainsi l'arrêt des particules collectées dans la chambre collectrice et le blocage du canal annulaire du séparateur. Cette différence de pressions entre la chambre 14 et la région aval 44 facilite aussi l'évacuation de la matière de cette chambre.

Bien que les ailettes anti-tourbillonnement soient avantageuses, elles ne sont pas indispensables. En effet, une partie-de gaz de purge pénètre dans le passage 22 et dans la chambre collectrice 14 sous l'action de la dépres- sion provoquée par la buse a écoulement critique et les orifices 24, même en l'absence de toute ailette antitourbillonnement.

Comme là chambre collectrice est pratiquement isolée des forces de tourbillonnement exercées dans le canal annulaire placé au-dessus par la nervure 18, l1ef- fet de ces forces de tourbillonnement sur les particules collectées dans la chambre 14 est grandement réduit. (Ces forces réduites peuvent faciliter l'enlevement de la ma tière particulaire de la chambre collectrice par les orifices). En outre, contrairement à certains séparateurs connus indiqués précédemment, les particules séparées n'ont pas à prendre des virages serrés ou à "sauter" de l'autre cdté d'un espace, car l'entrée 22 de la chambre collectrice 14 se trouve juste au-dessous de la face interne du tube externe et prolonge celle-ci, sans interne ruption ou changement de direction.

Ainsi, le mode de réalisation considéré de l'invention élimine deux causes essentielles d'érosion due à la circulation des particules séparées dans de nombreuses structures connues. En conséquence, les séparateurs selon l'invention, suivant la concentration des particules dans le gaz à traiter, peuvent être fabriqués sans revêtement des faces interne et externe des tubes externe et interne respectivement par une matière rédui- sant l'érosion (par exemple un revêtement comateux de matitre plastique utilisé dans certains appareils connus), si bien que le cott des séparateurs est réduit de façon importante. L'utilisation de tubes non revêtus permet aussi la formation d'un réservoir plus léger.

Dans un mode de réalisation avantageux, l'espace compris entre le bord 20 de la nervure 18 et la face interne du tube externe 6 est suffisamment faible pour que les particules de débris relativement gros qui pourraient boucher l'orifice 24 si elles pénétraient dans la chambre collectrice, ne peuvent pas entrer dans celle-ci.

On considère maintenant un exemple de dimensIons avantageuses pour le séparateur centrifuge décrit précé- demment. Le diamètre interne du tube externe doit être inférieur à 15 cm et le diamètre externe du tube interne à 10 cm. La longueur des tubes interne et externe est de préférence au moins égale au triple du diamètre interne du tube externe. Les fentes du tube interne ont une lon- gueur d'environ 10 cm et une largeur d'environ 6,3 mm et, dans un mode de réalisation avantageux, elles sont en nombre compris entre 6 et 12.

Les tubes interne et externe ont de préférence une grande longueur. En fait, la figure 1 représente des tubes dont la longueur est à peu près égale à six fois le diamètre du tube interne. L'avantage de l'utilisation de tubes longs est qu'ils forment un plus long canal annulaire 8 qui peut donner une séparation plus efficace de la matière particulaire du gaz lorsque ce dernier tourbillonne en descendant dans le canal avant son entrée dans les fentes. Le canal annulaire relativement long forme un trajet spiralé important pour la matière particulaire et le gaz qui tourbillonne dans le canal annulaire.

Ce mode de réalisation comporte six à huit ailettes 15 de tourbillonnement dans chaque séparateur. Comme indiqué à plus grande échelle sur la figure 1C, l'angle
A de la livre inférieure ou d'évacuation 43 de chaque ailette avec l'horizontale ne dépasse pas 30 degrés. La vitesse de sortie du gaz tourbillonnant peut être comprise entre 30 et 75 mus. La vitesse de jaillissement des particules plus grosses doit se trouver dans le bas de cette plage de vitesses alors que celle des particules plus petites doit se trouver dans la partie la plus haute. Cette vitesse de jaillissement est représentée par la référence 41 sur la figure 1C et correspond à la sortie du gaz au niveau de la lèvre aval 43 de chaque ailette et dans le canal annulaire 8 placé sous les ailettes de tourbillonnement.

La largeur du passage 22 doit être comprise entre 1,6 et 3,2 mu afin que les débris ou particules de grande dimension ne puissent pas pénétrer dans la chambre collectrice et boucher l'orifice 24. Ceux-ci sont au nombre de trois ou quatre.

On se réfère maintenant à la figure 3 qui repré sente un réservoir de séparation, ayant avantageusement plusieurs séparateurs centrifuges selon l'invention et por tant la référence générale 28. Ce réservoir est delimité par une enveloppe externe 30. Une couche d'isolation thermique réfractaire 32 est fIxée à l'intérieur de cette enveloppe.

Un passage 34 d'entrée de diamètre réduit est formé à la partie supérieure du réservoir et un passage analogue de sortie 36 formant un col est disposé à la partie inférieure du réservoir. Un corps principal poru tant la référence générale 40 est formé entre les passages d'entrée et de sortie.

Le corps principal 40 du réservoir de séparation est représenté à l'aide d'une configuration générale cy- lindrique, utile lorsque la pression interne est leviee et il est divisé en trois parties : une chambre supérieure 42 d'entrée de gaz, placée sous le passage 34 d'entrée, une chambre annulaire intermédiaire 44 de séparation des particules, et une chambre Inférieure 46 d'évacuation de gaz épuré qui rejoint le passage 36 de sortie placé audessous.

La chambre annulaire 44 de séparation est déli- mitée par les plaques supérieure et inférieure 10 et 12 (représentees sur la figure 1) et une paroi latérale annulaire 48. La chambre de séparation contient plusieurs séparateurs 2. Les extrémités supérieures des tubes interne et externe des séparateurs passent par des orifices de la plaque 10 et débouchent dans la chambre 42 d'entrée placée au-dessus. Les extrémités inférieures des tubes interne et externe des séparateurs passent par des oriw fices de la plaque inférieure 12 et débouchent dans la chambre 46 d'évacuation de gaz épuré. Des trous destinés à loger des séparateurs sont alignés axialement dans les plaques afin que les séparateurs cylindriques soient disposés verticalement lorsqu'ils ont été introduits.

Les orifices 24 d'évacuation des séparateurs 2 relient les chambres collectrices 40 de chaque séparateur à la chambre 44 de séparation. Une première extrémité d'un conduit 50 destiné-à entraîner le gaz 27 de purge chargé de particules communique avec la chambre 44 de séparation alors que l'autre extrémité passe par la sortie inférieure d'évacuation de gaz propre et rejoint une buse 52 a écoulement critique représentée en dehors du réservoir. Ainsi, il existe une communication entre l'in térieur des chambres collectrices individuelles 14 des séparateurs et 11 extérieur du réservoir, pour 11 évacuation du gaz de purge chargé des particules.

La buse 52 à écoulement critique règle la quantité de gaz de purge 55 évacuée hors de la chambre de séparation#par le conduit 50. De préférence, la quantité de gaz évacué par ce conduit est comprise entre environ 0,25 et 2 % du gaz 25 introduit dans leréservoir. De toute manière, la quantité de gaz de purge 55 doit suffire a l'entraînement de la matière particulaire collectée qui s'est déposée dans la chambre de séparation, en provenance des chambres collectrices des séparateurs individuels.

En outre, la buse à écoulement critique, en réglant le débit de gaz provenant de la chambre de séparation, règle la différence de pressios entre les chambres collectrices des séparateurs individuels et la région qui se trouve à l'exterieur, comme décrit précédemment. Cette différence de pressions empêche le couplage des séparateurs individuels et évite l'accumulation de matière dans les chambres colle ctrices ou dans le canal annulaire placé audessus. En outre, la différence de pressions entre ces chambres collectrices 14 et la chambre 44 de séparation du réservoir facilite l'évacuation de la matière des chambres collectrices dans la chambre de séparation, comme décrit précédemment.

Un soufflet 51 destiné a permettre la dilatation et la contraction relie le conduit 50 au col 36. Comme la température de fonctionnement dans le réservoir peut atteindre une valeur très élevée (environ 7000C), le soufflet empêche l'application de contraintes excessives au conduit, par dilatation et contraction.Les hommes du métier savent bien comment empêcher l'accumulation des particules sé parées dans les plis du soufflet, par exemple par entrant nement continu par de la vapeur veau. Comme l'indique la figure 3i le soufflet est placé dans le réservoir à un endroit donnant facilement accès pour l'inspection, l'entretien ou le remplacement par une porte amovible 53 formée dans la paroi 63 de support de la structure
La chambre de séparation est suspendue et supportée à 11 Intérieur du réservoir par un support 54. Celuici peut être fixé à la paroi latérale cylindrique 48 ou peut être solidaire de celle-ci, et l'ensemble peut ainsi former une structure analogue#à un panier et permettre le support de la chambre 44 de séparation.Le support 54 a une forme cylindrique dont la partie supérieure est fixée à l'intérieur du réservoir 28. Sur la figure 3, la partie supérieure du support 54 est fixée à la face interne de l'enveloppe externe 30. Comme indiqué sur la figure 3, le support 54 isole la chambre 42 d'entrée de la chambre 46 de sortie et empêche ainsi toute possibilité pour le gaz et les particules qu'il contient de s'écouler en dehors de la chambre de séparation 44.

Dans une variante, des organes de support non représentés peuvent être placés sous la plaque 12 de la chambre 44 afin qu'elle soit portée#par-dessous. Dans ce mode de réalisation, les organes de support sont fixés à l'intérieur de l'enveloppe 30 et dépassent sous la plaque 12 afin qu'ils permettent une dilatation et une contraction relatives des différents organes. En outre, comme indiqué précédemment, #n dispositif destiné à isoler la chambre 42 d'entrée de la chambre 46 de sortie peut être placé entre la partie supérieure de la chambre 44 de séparation et le réservoir 28 afin que le gaz et les particules qu'il contient ne puissent pas passer ailleurs que dans la chambre de séparation, c'est-à-dire autour de sa périphérie.

Le support 54 est représenté avec une isolation partielle 61 destinée à réduire les contraintes thermiques.

L'isolation 61 du support 54 est souhaitable car, lors du fonctionnement, Itintérieur du réservoir peut atteindre des températures d'environ 7000C, alors que l'enveloppe 30 du réservoir isolé est maintenue à une température nettement plus faible, de l'ordre de 150 à 2000C.

La figure 4 représente deux arrangements possibles d'une plaque tubulaire selon l'invention. La zone circulaire la plus grande représente la plaque inférieure 12 et les petits orifices circulaires 56 représentent les trous formés dans celle-ci pour le passage des séparateurs indIviduels 2.

Lors du fonctionnement, le gaz 25 chargé de particules pénètre par l'entrée 34 et dans la chambre 42. Le gaz s 1écoule entre les ailettes de tourbillonnement des séparateurs 2 comme représenté par les flèches 35, si bien que le gaz subit un tourbillonnement intense comme indiqué par la flèche 41. Comme décrit précédemment, la matière particulaire se sépare du gaz et les particules séparées et une partie de gaz de purge pénètrent dans les chambres collectrices inférieures 14 des séparateurs 2.Les particules séparées et le gaz de purge des cham#bres 14 dessepa- rateurs sortent latéralement par les orifices 24 d'évacua- tion et dans la zone 44 de séparation, et ils sont expul sés du réservoir par le conduit 50 et la buse 52 comme indiqué par la flèche 55.

Le gaz propre 37 sort des séparateurs vers le bas par la partie inférieure ouverte du tube interne 4, pénètre dans la chambre 46 d'évacuation directement par la partie inférieure des séparateurs, et s'écoule par la sortie 36 vers le conduit 58 de sortie comme indiqué par la fldc-he 59.

Il apparait ainsi que l'utilisation des sépara- teurs représentés sur la figure 1 (dans lesquels le gaz épuré est évacué vers le bas par la partie inférieure du séparateur et les particules séparées sont évacuées latéralement) dans le réservoir de la figure 3 permet avantageusement à la partie supérieure du réservoir de jouer le rible d'une chambre d'entrée de gaz chargé de particules.

Cette disposition n'est pas possible dans les réservoirs connus de séparation parce que les séparateurs rejettent le gaz épuré vers le haut, Si bien que la chambre superieure doit Ftre utilisée pour l'évacuation du gaz épuré.

Cette disposition nécessite l'utilisation d'un conduit destiné à transporter le gaz introduit à travers la chambre supérieure vers la chambre centrale de séparation du réservoir, avec un arrangement compliqué de tuyauteries de raccordement.

Dans le mode de réalisation de la figure 3 selon l'invention, les conduits précités utilisés de manier connue sont a v a n t a g e u s e m e n t éliminés car l'utilisation des séparateurs permet ltutilisation de la chambre supérieure comme chambre d'entrée de gaz.

L'élimination des conduits d'entrée réduit le prix de construction et de fabrication du réservoir.

En outre, le réservoir peut être rdparF et entretenu de façon très facile étant donné que l'accès aux tubes des séparateurs n'est pas empêché par les conduits d'entrée et les cloisons utilisées de manière classique.

Comme les particules séparées sont évacuées latéralement par les séparateurs, le gaz épuré peut sortir avantageusement par la partie inférieure des sEpa- rateurs, vers le bas, sans nouveau mélange avec les particules séparées. De cette manière, le gaz qui se trouve dans le réservoir descend depuis son entrée dans le xe servoir jusqu'à sa sortie. Au contraire, les réservoirs connus admettent le gaz en direction descendante, évacuent le gaz purifié en direction ascendante et évacuent les particules séparées en direction descendante.

Ainsi, ce mode de réalisation de l'invention constitue un réservoir peu compliqué étant donné que le courant principal de gaz s'écoule toujours vers le bas, contrairement aux réservoirs connus dans lesquels le gaz pénètre en descendant mais sort en remontant. L'utilisation de plusieurs séparateurs ayant de longs tubes étroits augmente le rendement. En outre, comme décrit précédemment, le rendement de fonctionnement e s t a c c r u par l'utilisation des séparateurs qui donnent des étapes plus distinctes de séparation que dans les appareils connus.

Les tubes des séparateurs forment eux-mêmes des tirants disposés entre les plaques et augmentent notablement la résistance mécanique de la structure, si bien que la construction peut être plus légère et moins onéreuse. Ces plaques peuvent supporter des forces importantes appliquées par les courants de gaz entrant et sortant. Simultanément, l'arrangement formé par les plaques et les séparateurs individuels délimite la chambre 44 de séparation du réservoir 28.

Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux dispos i- t i f s qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs-sans sortir du cadre de l'invention,

Claims (6)

1. le gaz à purifier étant introduit dans le réservoir par la chambre supérieure #'entrée de gaz, puis descendant dans plusieurs séparateurs centrifuges disposés verticalement dans la chambré intermédiaire de séparation dans laquelle le gaz est épuré, le gaz sortant finalement en descendant des séparateurs, dans la chambre inférieure d'évacuation de gaz épuré, en descendant et en sortant par le passage de sortie.

   un conduit (50) communiquant avec le fond de la chambre de séparation et destiné à entraîner le gaz de purge et les particules séparées,

   un dispositif-destiné à expulser les, particules séparées et un gaz de purge depuis la partie in férieure des canaux annulaires (8) des séparateurs et communiquant avec la chambre intermédiaire de séparation du réservoir afin que les particules et le gaz de purge soient évacués, et

   les extrémités inférieures ouvertes des tubes internes (4) des séparateurs communiquant directement avec la chambre inférieure de gaz épuré,

   les particules du gaz qui tourbillonne subissant une séparation supplémentaire lorsque le gaz change brutalement de direction et s'écoule vers 11 intérieur par les fentes jusqu'd ;;L'intérieur-du tube interne,

   plusieurs ailettes (15) de tourbillonnement placées dans la partie superieure ouverte de chaque, séparateur afin que le gaz chargé de particules plaçé dans le canal tourbillonne autour du tube interne lorsque ce gaz descend dans le canal, avec séparation des particules du gaz qui tourbillonne par un effet centrifuge,

   les parties supérieures ouvertes des canaux annulaires.(8) des séparateurs communiquant directement avec la #chambre (42) d'entrée afin qu'ils admettent le gaz descendant chargé de particules provenant de la chambre d'entrée dans chaque canal annulaire,

   plusieurs séparateurs centrifuges (2) disposés verticalement dans les deux plaques et dans la chambre de séparation entre ces plaques, chaque séparateur ayant un tube interne et un tube externe (4, 6), le tube interne ayant un diamètre externe inférieur au diamètre interne du tube externe et étant disposé verticalement coaxialement au tube externe, si bien qu'un canal annulaire (8) est forme entre ces tubes, le tube interne étant fermé à son extrémité supérieure et ouvert à son extre- mité inférieure, le canal annulaire étant ouvert à son extrémité supérieure et fermé à son extrémité inférieure, le tube interne ayant plusieurs fentes longitudinales (26) assurant la communication entre la partie inférieure du canal annulaire et l'intérieur du tube interne,

   les cloisons comprenant des plaques supérieure et inférieure (10, 12) à tubes délimitant entre elles la chambre de séparation,

   la chambre supérieure d'entrée de gaz étant adjacente au passage d'entrée placé au-dessus et communiquant directement avec lui, la chambre inférieure d'évacuation de gaz épuré étant adjacente au passage de sortie de gaz placé au-dessous et communiquant directement avec lui,

   des cloisons (10, 12) placées dans le boîtier et délimitant une chambre supérieure (42) d'entrée de gaz, une chambre intermédiaire (44) de séparation, et une chambre inférieure (46) d'évacuation de gaz épuré,

   un boîtier principal (30) ayant un passage (34) d'entrée de gaz à sa partie supérieure et un passage (36) de sortie de gaz à sa partie inférieure,

   1 Réservoir de séparation centrifuge d'une matière particulaire entraînée par des gaz à épurer, ledit réservoir étant caractérisé en ce qu'il comprend

   REVENDICATIONS
2. 2. Réservoir selon la revendication l, térisé en ce que le dispositif d'expulsion des particules séparées et du gaz de purge des parties inférieures des chambres annulaires des séparateurs comprend un orifice (24) d'évacuation formé dans chaque séparateur et communiquant avec la chambre intermédiaire de séparation, et

   une buse (52) écoulement critique placée dans -le conduit (50) et destinée à régler le débit massique total du gaz de purge et de particules séparées afin que le débit de gaz de purge et de particules séparées dans chaque orifice d'évacuation des séparateurs soit réglé.
3. 3. Réservoir selon l'une des revendications 1 et 2 , caractérisé en ce que la chambre intermédiaire de séparation (44) délimitée entre les plaques supérieure et inférieure (10, 12) est renforcée par les séparateurs centrifuges (2) qui sont fixés aux deux plaques et assurent ainsi une augmentation de la résistance de la chambre intermédiaire de séparation.
4. .4. Réservoir selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un dispositif (54) raccordé uniquement au périmètre des plaques supérieure et inférieure (10, 12) afin qu'il supporte ces plaques, ce dispositif délimitant la chambre intermédiaire uniquement à sa périphérie, sous forme d'une structure en forme de panier, et un dispositif (61) d'isolation ther- mique du dispositif de support de la chambre intermkdiaìre, si bien que les séparateurs et les plaques forment une structure simplifiée, les séparateurs raccordés aux plaques jouant le rle de tirants d'armature permettant à l'ensemble de la structure en forme de panier d'être relativement légère mais robuste.
5. 5. Réservoir selon la revendication 2, carac térisé en ce que

   le conduit (50) descend verticalement dans la chambre (46) d'évacuation de gaz épuré, et

   le conduit (50) est relié au réservoir par un soufflet (51) qui peut se dilater et se contracter.

   le dispositif d'expulsion des particules séparées et du gaz de purge des différents séparateurs assure la communication entre les chambres collectrices individuelles des séparateurs et la chambre de séparation délimitée entre les plaques.

   le-passage étroit (22) reliant la partie inférieure du canal annulaire à la chambre collectrice de manière que les particules séparées du gaz qui tourbillonne descendent dans le canal annulaire puis dans le passage étroit et pénètrent dans la chambre collectrice, et

   la nervure annulaire, la face interne du tube externe et la face externe du tube interne délimitant une chambre collectrice (14.) vers la partie inférieure du canal annulaire (8),

   une nervure annulaire (20) placée dans le canal annulaire (8) au-dessous des fentes (26) è une certaine distance du fond du canal annulaire, cette nervure (20) étant fixée à la face externe du tube interne et étant dirigée vers la surface interne du tube externe, la périphérie de la nervure annulaire étant proche de la surface interne du tube externe afin qu'un passage étroit (22) soit délimité entre le tube externe (6) et la périphérie de la nervure annulaire (20),
6. 6. Réservoir selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 , caractérisé en ce que chacun des séparateurs centrifuges comporte en outre