FR2951960A1

FR2951960A1 - Procedes et appareil pour la gestion des matieres residuelles

Info

Publication number: FR2951960A1
Application number: FR0959628A
Authority: FR
Inventors: Tim Centa; Greg Hawkins; Doug Hayes
Original assignee: Goodrich Corp
Current assignee: Goodrich Corp
Priority date: 2009-10-30
Filing date: 2009-12-29
Publication date: 2011-05-06
Anticipated expiration: 2029-12-29
Also published as: GB0922051D0; US8771623B2; GB2474911B; FR2951960B1; US20110104031A1; GB2474911A

Abstract

La présente invention concerne des procédés et un appareil pour la réduction des impuretés résiduelles. Un procédé comprend l'acheminement d'un courant gazeux à travers une partie nue d'une conduite, le courant gazeux comprenant du sodium et la partie nue de la conduite faisant au moins dix-huit pouces de long, l'injection d'un agent de neutralisation dans le courant gazeux en un point d'injection, le point d'injection se situant en un point où le sodium se trouve dans un état au moins partiellement condensé, et l'acheminement du courant gazeux à travers une partie chauffée d'une conduite et une partie refroidie d'une conduite. De plus, les procédés et l'appareil peuvent comprendre un système de piège pour utilisation avec un four de carbonisation.

Description

PROCEDES ET APPAREIL POUR LA GESTION DES MATIERES RESIDUELLES

La présente invention concerne la gestion des matières résiduelles en général, et plus particulièrement des procédés et un appareil pour la gestion des matières résiduelles (par ex., sodium et/ou hydrocarbures) lors du traitement de corps en fibres de carbone et de matériaux précurseurs de corps en fibres de carbone. Les applications industrielles des céramiques sont devenues de plus en plus importantes ces cinquante dernières années. Cependant, les céramiques monolithiques et les cermets présentent une faible résistance aux chocs et une ténacité à la rupture limitée. Les composites à matrice céramique (CMC) possèdent certaines propriétés thermiques et mécaniques utiles et portent la promesse de très bons matériaux à utiliser dans des environnements à haute température et/ou des applications de dissipation thermique. Les CMC comprennent généralement un ou plusieurs matériaux céramiques disposés sur ou à l'intérieur d'un autre matériau, par exemple un matériau céramique placé à l'intérieur d'une structure composée d'un matériau fibreux. Les matériaux fibreux, tels que les fibres de carbone, peuvent être façonnés en corps fibreux adaptés à cet effet. Les corps en fibres de carbone sont typiquement formés à partir de précurseurs de corps en fibres de carbone. Par exemple, le polyacrylonitrile (PAN) préoxydé est habituellement utilisé comme précurseur de corps en fibres de carbone. Les précurseurs de corps en fibres de carbone peuvent être manipulés et fabriqués de façon similaire à un textile (par ex., tissage, tricotage, etc.) pour former des structures souhaitées. Afin de transformer le précurseur de corps en fibres de carbone en corps en fibres de carbone, on peut utiliser divers procédés et différentes techniques. Par exemple, lors de la transformation de matériaux à base de PAN, les fibres de PAN peuvent être carbonisées puis traitées pour éliminer les impuretés (souvent métalliques) qui peuvent se trouver dans les fibres. Le sodium est un métal que l'on retrouve habituellement dans les fibres de PAN et qui peut être retiré lors de la transformation en corps en fibres de carbone. D'autres précurseurs de corps en fibres de carbone peuvent contenir des impuretés comprenant du magnésium, du calcium, du fer, du nickel ou du chrome, en plus du sodium. La transformation de précurseurs de corps en fibres de carbone comme les fibres de PAN passe souvent par un procédé en deux étapes. La première étape peut être une étape de carbonisation. Cette étape de carbonisation est typiquement exécutée à des températures inférieures à 1100 cc, le plus typiquement entre environ 800 °C et 950 °C. La deuxième étape peut être une étape à haute température, utilisant typiquement des températures supérieures à 1400 °C. Cependant, bien que la deuxième étape libère les fibres de PAN des impuretés résiduelles (également appelées matières résiduelles dans les présentes) dans un état gazeux, la gestion consécutive des impuretés résiduelles est souvent problématique. Par exemple, le sodium est un métal très réactif. Comme un courant gazeux sort de la cuve de traitement, le sodium qui y est contenu peut réagir avec d'autres matériaux dans le courant gazeux et/ou les conduites et d'autres dispositifs qui renferment le courant gazeux. De telles réactions altèrent l'intégrité des composants qui viennent en contact avec le courant gazeux, réduisant ainsi la durée de vie utile du produit et présentant un risque de dysfonctionnement dangereux. En outre, quand le sodium quitte l'état gazeux, il peut provoquer des dommages à d'autres équipements de traitement, qui peuvent s'avérer coûteux à remplacer. Alors que les procédés classiques de gestion du sodium consistent notamment à injecter de l'eau ou du dioxyde de carbone dans le courant gazeux juste après que ce dernier a quitté le four en un point où tout le sodium qui y est contenu se trouve dans un état gazeux, il reste des problèmes de nettoyage courant et de neutralisation incomplète. Par conséquent, il existe un besoin pour une gestion améliorée des matières résiduelles telles que le sodium dans ce genre de procédés industriels. À cet égard, il est souhaitable de construire un système profitant d'une amélioration de la gestion et de l'élimination des impuretés résiduelles, dans lequel un courant gazeux contenant du sodium est dirigé à travers une zone chauffée et une zone refroidie pour faciliter l'élimination des impuretés résiduelles. De plus, il est souhaitable d'exécuter une ou plusieurs étapes de neutralisation pour mieux gérer les impuretés résiduelles. Divers modes de réalisation concernent des procédés et des systèmes de réduction des impuretés résiduelles qui permettent de gérer les impuretés résiduelles (par ex., sodium et autres métaux) dans un procédé de production de fibres de carbone. À cet égard, on a découvert que l'acheminement d'un courant gazeux à travers une zone chauffée et une zone refroidie, couplé à une étape de neutralisation exécutée en un endroit spécifiquement sélectionné, permet de réduire les dommages résultant des impuretés résiduelles telles que le sodium. En outre, des procédés et des systèmes selon divers modes de réalisation permettent de neutraliser le sodium et d'améliorer le transport des impuretés résiduelles vers des zones souhaitées, réduisant ainsi les effets préjudiciables provoqués par le sodium ou des impuretés résiduelles, comme l'affaiblissement des composants structuraux qui viennent en contact avec de tels matériaux. Par exemple, un procédé de réduction des impuretés résiduelles comprend l'acheminement d'un courant gazeux à travers une partie nue d'une conduite d'au moins dix-huit pouces [45,72 cm] environ de long, le courant gazeux comprenant du sodium, l'injection d'un agent de neutralisation dans le courant gazeux en un point d'injection, le point d'injection se situant en un point où le sodium se trouve dans un état au moins partiellement condensé, l'acheminement du courant gazeux à travers une partie chauffée d'une conduite jusqu'à une partie refroidie d'une conduite, et l'acheminement du courant gazeux à travers la partie refroidie d'une conduite.

Divers modes de réalisation comprennent un système de piège à utiliser avec un four de carbonisation comprenant une conduite nue d'une longueur d'au moins dix-huit pouces environ, une conduite chauffée raccordée à la conduite nue, une conduite refroidie raccordée à la conduite chauffée, la conduite chauffée comprenant une chambre interne et une chambre externe, la conduite refroidie comprenant une chambre interne et une chambre externe. De tels modes de réalisation peuvent comprendre en outre un point d'injection d'agent de neutralisation situé dans la conduite nue et/ou la conduite chauffée. La figure 1 est un schéma d'un système de gestion des matières résiduelles d'un mode de réalisation exemplaire ; et la figure 2 est un schéma fonctionnel illustrant un mode de réalisation exemplaire d'un procédé de gestion des impuretés résiduelles. La description détaillée des modes de réalisation exemplaires renvoie ici aux dessins annexés, qui présentent des modes de réalisation exemplaires à titre d'illustration et à titre de meilleur mode. Bien que ces modes de réalisation exemplaires soient décrits avec suffisamment de détails pour permettre à l'homme du métier de pratiquer l'invention, on comprendra que d'autres modes de réalisation peuvent être mis en oeuvre, et que des modifications logiques, chimiques et mécaniques peuvent être apportées sans s'écarter de l'esprit ni de la portée de l'invention. Ainsi, la description détaillée est présentée ici uniquement à des fins d'illustration, et non de limitation. Par exemple, les étapes présentées dans l'une quelconque des descriptions de procédé peuvent être exécutées dans n'importe quel ordre et ne sont pas nécessairement limitées à l'ordre indiqué. De plus, de nombreuses fonctions ou étapes peuvent être externalisées ou exécutées par un ou plusieurs tiers. En outre, toutes les références au singulier englobent les modes de réalisation au pluriel, et toutes les références à plus d'un composant ou à plus d'une étape peuvent englober un mode de réalisation unique ou une seule étape. De plus, toutes les utilisations des termes « attaché », « fixé », « raccordé » et des termes analogues peuvent englober une fixation permanente, amovible, temporaire, partielle, complète, et/ou tout autre option de fixation possible. En outre, toutes les références à une absence de contact (ou des phrases similaires) peuvent également englober un contact réduit ou un contact minimal. Comme indiqué ci-dessus, dans divers modes de réalisation, des procédés et des systèmes de réduction des impuretés résiduelles assurent une gestion améliorée des impuretés résiduelles (par ex., sodium et autres métaux) dans un procédé de production de fibres de carbone. En particulier, des systèmes de pièges et des procédés d'utilisation de ceux-ci qui améliorent la gestion des impuretés résiduelles sont décrits dans les présentes. À cet égard, dans un mode de réalisation et par renvoi à la figure 1, un courant gazeux contenant une impureté est avantageusement acheminé à travers une partie de conduite nue 136, qui fait au moins 18 pouces environ de long. Un agent de neutralisation peut être injecté dans le courant gazeux en un point d'injection 101, de préférence là où le sodium (ou une autre impureté) se trouve dans un état au moins partiellement condensé. L'agent de neutralisation réagit avec le sodium pour former un produit résultant, tel que du bicarbonate de sodium, qui est moins nocif que le sodium pour les matériaux des conduites, qui peut allonger les intervalles de maintenance, et qui peut améliorer la facilité d'entretien. Dans un mode de réalisation, le courant gazeux peut être acheminé à travers une conduite chauffée 114 jusqu'à une conduite refroidie 109. La conduite chauffée 114 peut être avantageusement maintenue à une température telle qu'au moins une partie des impuretés résiduelles est conservée dans un état gazeux. Le courant gazeux peut également être acheminé à travers la conduite refroidie 109. La conduite refroidie 114 peut être avantageusement maintenue à une température telle qu'au moins une partie des impuretés résiduelles se condense depuis l'état gazeux. Dans le but de comprendre les procédés et les systèmes tels qu'utilisés ici, un corps en fibres de carbone peut comprendre tout matériau contenant des fibres de carbone. Les corps en fibres de carbone sont typiquement formés à partir de précurseurs de corps en fibres de carbone par un procédé de transformation de fibres de carbone. À cet égard, un précurseur de corps en fibres de carbone peut comprendre tout matériau contenant un précurseur de fibres de carbone. Les précurseurs de fibres de carbone incluent les fibres de PAN, les fibres de rayonne et les fibres de poix. Les termes « fibre(s) de PAN » et « matériau(x) à base de PAN » sont utilisés de façon interchangeable dans les présentes. Comme indiqué ci-dessus, par exemple, le PAN est communément utilisé comme précurseur de corps en fibres de carbone. Comme indiqué ci-dessus, pour transformer le précurseur de corps en fibres de carbone en un corps en fibres de carbone, on peut utiliser divers procédés et différentes techniques. Par exemple, lors de la transformation d'un matériau à base de PAN, ce dernier peut être carbonisé puis traité pour éliminer les impuretés (comprenant souvent des métaux et des composés métalliques) qui peuvent s'y trouver. Par exemple, le sodium est un métal que l'on retrouve habituellement dans les fibres de PAN et qui peut être retiré lors de la transformation en corps en fibres de carbone à l'aide de procédés et de systèmes décrits dans les présentes. D'autres précurseurs de corps en fibres de carbone peuvent contenir des impuretés comprenant du magnésium, du calcium, du fer, du nickel ou du chrome, en plus du sodium. La transformation de précurseurs de corps en fibres de carbone, tels que les fibres de PAN, passe souvent par un procédé en deux étapes dans une cuve de traitement telle qu'un four. Par exemple, toujours par renvoi à la figure 1, un procédé de transformation de fibres de carbone peut être mis en oeuvre dans un four 117. La première étape du procédé de transformation de fibres de carbone peut être appelée étape de carbonisation. Une étape de carbonisation est typiquement exécutée à des températures inférieures à 1100 CC, le plus typiquement entre environ 800 °C et 950 °C. La deuxième étape peut être une étape à haute température, utilisant typiquement des températures supérieures à 1400 CC, jusqu'à environ 2200 CC, et peut être exécutée sous vide ou sous un vide partiel. Cette deuxième étape est appelée ici deuxième étape ou deuxième étape d'un procédé de transformation de fibres de carbone. Au cours de la deuxième étape, le sodium et d'autres impuretés passent en phase gazeuse et quittent le corps du four 117 dans un courant gazeux, habituellement au moyen d'une conduite. Le sodium est un métal très réactif, et une neutralisation peut être utilisée pour empêcher l'encrassement ou la corrosion de divers composants en aval. À cet égard, dans un mode de réalisation, la neutralisation peut être accomplie en localisant soigneusement l'injection d'un agent de neutralisation en un point d'injection spécifiquement sélectionné en aval du four 117. Les agents de neutralisation exemplaires incluent le dioxyde de carbone (CO2), l'eau, la vapeur, l'eau atomisée et les oxydes nitreux (par ex., NO2). L'introduction d'un ou plusieurs agents de neutralisation peut être réalisée par injection dans une conduite contenant le courant gazeux quittant le four. Un courant gazeux qui a été injecté ou mélangé d'une autre manière avec un agent de neutralisation peut être appelé courant gazeux postneutralisé.

On a découvert qu'en laissant le sodium quitter au moins partiellement l'état gazeux (c.-à-d. en laissant le sodium se condenser au moins partiellement) avant d'introduire un agent de neutralisation, on augmente la neutralisation et on améliore la capacité à manipuler le sodium dans des zones en aval où des efforts supplémentaires de neutralisation et/ou d'élimination peuvent être réalisés plus facilement.

Ainsi, en sélectionnant comme point d'injection de l'agent de neutralisation un emplacement où au moins une partie du sodium s'est condensée (c.-à-d. un emplacement tel qu'au moins une partie du sodium ne se trouve pas sous forme gazeuse), la gestion du sodium résiduel peut être améliorée. À cet égard, dans un mode de réalisation et par renvoi à la figure 1, le point d'injection 101 se situe à au moins dix-huit pouces du four 117. De plus, on a découvert qu'en acheminant un courant gazeux postneutralisé dans une zone chauffée (par ex., une conduite chauffée), on peut obtenir un dépôt réduit d'impuretés résiduelles dans la zone chauffée. Le dépôt réduit est obtenu parce qu'une plus petite quantité d'impuretés résiduelles se condense dans la zone chauffée par rapport à la quantité qui se condenserait dans une zone non chauffée. Les impuretés résiduelles exemplaires dans un courant gazeux postneutralisé incluent le sodium, d'autres métaux, le sodium sous forme neutralisée (par ex., le bicarbonate de sodium), et/ou des hydrocarbures.

En outre, on a découvert qu'en acheminant un courant gazeux postneutralisé dans une zone refroidie (par ex., une conduite refroidie), on peut obtenir une amélioration de la séparation et de l'isolement des impuretés résiduelles parce que l'on fait passer une quantité significative d'impuretés résiduelles dans un état non gazeux dans une zone conçue pour être facilement nettoyée et entretenue. Bien qu'un courant gazeux postneutralisé puisse être acheminé dans une zone refroidie juste après la neutralisation, dans divers modes de réalisation, un courant gazeux postneutralisé peut être acheminé dans une zone refroidie après avoir quitté une zone chauffée. De plus, dans divers modes de réalisation, une deuxième étape de neutralisation peut être exécutée à l'intérieur d'une zone refroidie pour améliorer la neutralisation et la gestion des impuretés résiduelles. Par exemple, un deuxième point de neutralisation 111 peut être utilisé pour neutraliser davantage les impuretés résiduelles. L'utilisation d'une zone refroidie offre un procédé de gestion thermique des impuretés résiduelles, qui peut s'avérer moins onéreux et/ou plus efficace que des moyens classiques.

Toujours par renvoi à la figure 1, dans un mode de réalisation, et comme décrit dans de plus amples détails ci-dessous, un appareil et des procédés de gestion et d'élimination des impuretés peuvent comprendre un four 117, du graphite 127, une conduite 118, un courant gazeux 115, une partie de conduite 125, une partie de conduite nue 136, un point 137, un emboîtement 122, un premier point d'injection 101, un courant gazeux postneutralisé 140, un emboîtement 119, une conduite chauffée 114, un point d'accès d'entrée 130, un point d'accès de sortie 132, une conduite refroidie 109, un point d'accès d'entrée 141, un point d'accès de sortie 142, un deuxième point d'injection pour neutralisation 111, et un deuxième courant gazeux neutralisé 107.

Dans un mode de réalisation, un système comprend en outre un système de piège 100 qui est représenté relié au four 117. Le système de piège 100 peut être tout système comprenant une zone chauffée et une zone refroidie. Le système de piège 100 peut également comprendre une partie de conduite nue et le point d'injection 101, spécifiquement positionné pour assurer avantageusement une neutralisation en un point où au moins une partie du sodium dans le courant gazeux 115 se trouve dans un état condensé. Par exemple, dans divers modes de réalisation, le point d'injection 137 se situe à au moins dix-huit pouces environ d'un point où le système de piège est raccordé au four 117, par exemple au point 137. Dans divers modes de réalisation, au moins une portion de la partie de conduite nue 136, de la conduite chauffée 114, de la conduite refroidie 109 et de la partie de conduite 125 comprend une conduite à revêtement réfractaire. Une conduite à revêtement réfractaire peut être fabriquée à partir d'oxyde de calcium, de silicium, de magnésium, d'aluminium, ou d'une combinaison de ceux-ci. On peut utiliser de la zircone, par exemple, en raison de sa capacité à supporter les hautes températures. On peut également employer du carbure de silicium ou du carbone. Le revêtement réfractaire peut être installé sous forme de briques réfractaires, il peut être coulé ou fritté, ou il peut être monolithique. Par exemple, la conduite chauffée 114 et la conduite refroidie 109 peuvent être entièrement ou partiellement garnies d'un revêtement réfractaire. Telle qu'utilisée ici, une conduite nue peut être partiellement ou entièrement nue, bien qu'elle puisse aussi être partiellement ou entièrement nue ou isolée, de sorte que, après avoir parcouru une distance d'au moins 18 pouces environ, le courant gazeux se retrouve à une température à laquelle le sodium qui y est contenu a au moins partiellement quitté l'état gazeux. Par exemple, dans divers modes de réalisation, après que le courant gazeux a parcouru au moins 18 pouces environ dans la conduite, le courant gazeux peut se retrouver à une température d'environ 900 °F à environ 2200 °F. Dans divers modes de réalisation, le courant gazeux peut se retrouver à une température d'environ 900 °F à environ 1500 °F, permettant ainsi à au moins une partie du sodium gazeux de se condenser. À la sortie du four, par exemple, le sodium contenu dans un courant gazeux peut se trouver sous une forme totalement gazeuse. Le courant gazeux peut sortir d'un four quand il quitte une partie extérieure du four. Par exemple, s'il est contenu dans une conduite, le courant gazeux sort du four au point où la conduite est raccordée à l'extérieur du four. Par exemple, le point 137 est un point où le courant gazeux 115 sort du four 117. Dans divers modes de réalisation, une fois sorti du four, on peut laisser le courant gazeux se refroidir pour que le sodium qui y est contenu quitte au moins partiellement l'état gazeux (autrement dit, pour que le sodium se condense au moins partiellement). Comme indiqué ci-dessus, dans divers modes de réalisation, le courant gazeux sort d'un four par une conduite puis est refroidi. N'importe quel moyen de refroidissement peut être utilisé pour atteindre un tel objectif. Par exemple, comme le courant gazeux peut présenter une faible chaleur massique, il peut ne pas s'avérer nécessaire de refroidir artificiellement la conduite contenant le courant gazeux. Ainsi, dans divers modes de réalisation, le courant gazeux sort du four dans une conduite au moins partiellement nue. Une conduite nue peut comprendre une conduite qui laissera le sodium dans le courant gazeux quitter au moins partiellement l'état gazeux (autrement dit, se condenser au moins partiellement) après que le courant gazeux aura parcouru au moins dix-huit (18) pouces depuis le point de sortie du four. Par exemple, la partie de conduite nue 136 peut se situer à au moins dix-huit (18) pouces du point d'injection 137.

Dans divers modes de réalisation, l'étape de neutralisation est exécutée sur un courant gazeux après que ce courant gazeux est sorti d'un four, dans une deuxième étape d'un procédé de traitement de fibres de carbone. Tous les procédés de traitement de fibres de carbone peuvent tirer avantage des enseignements contenus dans les présentes, comme les procédés de traitement de fibres de carbone qui émettent du sodium (par ex., du sodium métallique) dans un courant gazeux. Un tel procédé peut constituer, par exemple, une deuxième étape d'un procédé de transformation de fibres de carbone, comme décrit ci-dessus. Dans une deuxième étape d'un procédé de transformation de fibres de carbone, le courant gazeux 115 peut sortir du four 117 entre environ 1400 °C et environ 2200 CC. Le courant gazeux 115 peut comprendre diverses impuretés résiduelles telles que du sodium, des hydrocarbures, du magnésium, du chrome, du fer, et d'autres métaux. Comme indiqué ci-dessus, dans divers modes de réalisation, une ou plusieurs étapes de neutralisation peuvent être exécutées. Par exemple, une première neutralisation peut être réalisée en injectant ou en introduisant d'une autre manière un agent de neutralisation dans une conduite contenant un courant gazeux comprenant du sodium et/ou d'autres impuretés résiduelles. Dans divers modes de réalisation, la neutralisation peut comprendre une première neutralisation effectuée sur un courant gazeux. Par exemple, après que le courant gazeux 115 est sorti du four par la partie de conduite 125, un point d'injection est positionné de telle sorte que, au moment de l'injection, le sodium contenu dans le courant gazeux a au moins partiellement quitté l'état gazeux. Par exemple, dans divers modes de réalisation, un agent de neutralisation est injecté dans le courant gazeux 115 dans la partie de conduite nue 136 au premier point d'injection 101, le premier point d'injection 101 se situant à au moins 18 pouces environ du point 137. Dans divers modes de réalisation, une deuxième neutralisation peut être effectuée en injectant ou en introduisant d'une autre manière un agent de neutralisation dans une conduite contenant le courant gazeux comprenant du sodium et/ou d'autres impuretés résiduelles en un point situé après l'emplacement de la première neutralisation. Par exemple, après que le courant gazeux postneutralisé 140 est sorti de la conduite chauffée 114 et a pénétré dans la conduite refroidie 109, un agent de neutralisation peut être injecté au deuxième point d'injection 111. Après l'injection au deuxième point d'injection 111, le courant gazeux postneutralisé 140 devient le deuxième courant gazeux neutralisé 107. L'injection d'un agent de neutralisation peut être réalisée en utilisant tout moyen connu ou encore inconnu. Par exemple, tout type approprié de pompe, d'atomiseur ou de système de pression peut être employé. Dans divers modes de réalisation, l'injection peut être réalisée à l'aide d'une buse d'injection rétractable ou non rétractable, d'un diffuseur ou d'une lance d'injection. Les procédés d'injection appropriés incluent les buses d'arrosage, les buses de vaporisation, et les buses de pulvérisation. L'équipement d'injection peut être obtenu à cet effet auprès de divers fournisseurs, notamment Saf-T-Flo, 4071-L East La Palma Ave., Anaheim, CA, USA 92807 (modèles de buse EB-110, EB-111, EB-112), BETE Fog Nozzle, Inc., 50 Greenfield Street, Greenfield, MA, USA 01301 (modèles FF, NF, SPN), Steinen, 29 East Halsey Rd., Parsippany, NJ, USA 07054 (modèles A, AF, AM, P), et Cole-Parmer, 625 East Bunker Court, Vernon Hills, IL, USA 60061, entre autres.

Dans divers modes de réalisation, les produits de neutralisation dépendent de l'agent de neutralisation. Par exemple, le sodium est un métal très réactif, aussi existe-t-il de nombreux agents de neutralisation potentiels. Les agents de neutralisation incluent le dioxyde de carbone (CO2), l'eau, la vapeur, l'eau atomisée, et les oxydes nitreux (par ex., NO2). Le sodium peut réagir avec un agent de neutralisation pour former, par exemple, du bicarbonate de sodium, de l'hydroxyde de sodium, et d'autres composés du sodium. Dans divers modes de réalisation, plusieurs agents de neutralisation peuvent être utilisés en combinaison. Toutes les combinaisons des agents de neutralisation indiqués et d'autres non indiquées sont envisagées dans les présentes.

Dans divers modes de réalisation, un courant gazeux postneutralisé est acheminé à travers une zone chauffée. Une zone chauffée permet de contrôler la température du courant gazeux postneutralisé pour qu'au moins une partie des impuretés résiduelles qui y sont contenues puissent rester dans un état gazeux. Par exemple, le courant gazeux peut être contrôlé à une température d'environ 900 °F à environ 1500 °F dans la zone chauffée, et/ou à une température d'environ 1100 °F à environ 1250 °F dans la zone chauffée. Une zone chauffée peut être utilisée pour mieux contrôler le courant gazeux postneutralisé, par exemple en conservant les constituants du courant gazeux sous une forme gazeuse, une forme liquide, ou dans un certain équilibre entre celles-ci.

Ce contrôle de la température de la zone chauffée peut être employé pour empêcher les impuretés résiduelles d'endommager, d'encrasser ou d'altérer d'une autre manière la conduite dans la zone chauffée, et peut en outre faciliter l'acheminement d'un courant gazeux vers une zone refroidie. En tant que telle, cette réduction de l'endommagement de la conduite dans la zone chauffée peut assurer au produit une durée de vie utile plus longue et autoriser un entretien moins fréquent. Dans divers modes de réalisation, la zone chauffée peut comprendre une partie chauffée d'une conduite. Par exemple, une zone chauffée comprend la conduite chauffée 114. Une partie chauffée d'une conduite peut être une conduite qui a été ou qui est chauffée de façon continue ou périodique. Une partie chauffée d'une conduite peut être appelée conduite chauffée, même si on comprendra qu'une conduite chauffée peut être configurée pour que seule une partie de la conduite soit chauffée. Par exemple, dans divers modes de réalisation, un ou plusieurs appareils de chauffage à résistance électrique (c.-à-d. des éléments chauffants à résistance) peuvent être enroulés autour ou incorporés dans une conduite pour fournir de la chaleur par effet Joule. Dans de tels modes de réalisation, les appareils de chauffage à résistance électrique peuvent être conditionnés dans un matériau isolant qui est enroulé autour d'une conduite. En variante, un système de chauffage par induction peut être utilisé pour chauffer une conduite. Une conduite employée dans la zone de chauffage peut également être garnie d'un revêtement réfractaire. Dans d'autres modes de réalisation, la conduite chauffée peut être chauffée par circulation d'un fluide de chauffage autour de la conduite chauffée. Par exemple, par renvoi à la figure 1, la conduite chauffée 114 est chauffée par un fluide de chauffage.

Un fluide de chauffage peut être n'importe quel fluide qui possède une chaleur massique appropriée. Par exemple, le fluide de chauffage peut être une huile, une solution aqueuse liquide, ou un gaz. Le fluide de chauffage peut comprendre une huile minérale. Le fluide de chauffage peut également comprendre une huile de silicone, un hydrocarbure synthétique ou semi-synthétique, un hydrocarbure pétrolier, de l'huile de paraffine, un polyalkyline glycol, de l'eau glycolée (telle qu'on la trouve habituellement dans un antigel pour automobiles), de la vapeur, du N2 gazeux ou de l'air. Le fluide de chauffage peut être acheminé autour d'une conduite de n'importe quelle manière appropriée, par exemple en faisant tremper l'extérieur de la conduite dans le fluide de chauffage. Dans divers modes de réalisation, la conduite chauffée peut être configurée comme deux conduites concentriques comportant une chambre interne et une chambre externe. Les parois de la chambre interne et/ou de la chambre externe peuvent être garnies d'un revêtement réfractaire. La chambre externe peut comporter un point d'accès d'entrée 130 et un point d'accès de sortie 132. Un fluide de chauffage peut être acheminé par le point d'accès d'entrée 130 de telle sorte que le fluide de chauffage s'écoule jusqu'au point d'accès de sortie 132 et ressort de la conduite chauffée. Dans de tels modes de réalisation, le fluide de chauffage qui est ressorti par le point d'accès de sortie 132 peut être acheminé vers un appareil de chauffage pour être réchauffé puis remis en circulation vers le point d'accès d'entrée 130. De cette manière, la circulation du fluide de chauffage dans la chambre externe transférera de la chaleur à la chambre interne. Le contrôle de la température de la chambre interne peut être assuré par un contrôle de la température du fluide de chauffage. Par exemple, par renvoi à la figure 1, le fluide de chauffage peut être pompé à travers le point d'accès d'entrée 130. Le fluide de chauffage peut ensuite chauffer la conduite chauffée 114 et ressortir de la conduite chauffée 114 par le point d'accès de sortie 132. Dans divers modes de réalisation, un courant gazeux postneutralisé est acheminé à travers une zone refroidie pour mieux contrôler ce courant gazeux postneutralisé. Par exemple, la zone refroidie peut être utilisée pour purger au moins une partie, et potentiellement toutes, les impuretés résiduelles du courant gazeux. Une zone refroidie peut abaisser la température du courant gazeux postneutralisé jusqu'à une valeur d'environ 300 °F à environ 700 °F dans la zone refroidie, et/ou jusqu'à une valeur d'environ 400 °F à environ 550 °F dans la zone refroidie. Par conséquent, de cette manière, les impuretés résiduelles sont gérées par intervention thermique dans la zone refroidie. Par exemple, la zone refroidie peut être utilisée afin de contrôler les constituants du courant gazeux pour que ceux-ci quittent substantiellement ou entièrement la forme gazeuse et/ou pour qu'ils prennent une forme liquide ou solide. Ce contrôle de la température de la zone refroidie peut servir à empêcher les impuretés résiduelles d'endommager, d'encrasser ou d'altérer d'une autre manière les conduites se situant en aval de la zone refroidie. La réduction de l'endommagement des conduites augmente la durée de vie utile du produit. En outre, un tel mécanisme d'élimination thermique constitue une solution simple, élégante et non mécanique pour piéger et gérer les impuretés résiduelles. Dans divers modes de réalisation, une zone refroidie comprend une partie refroidie d'une ou plusieurs conduites. Dans d'autres modes de réalisation, par exemple, une conduite refroidie peut être refroidie par circulation d'un fluide de refroidissement autour de la conduite refroidie. Un fluide de refroidissement peut être n'importe quel fluide qui possède une chaleur massique appropriée. Par exemple, le fluide de refroidissement peut être une huile, une solution aqueuse liquide, de l'azote gazeux, de la vapeur, ou un autre gaz. Le fluide de refroidissement peut comprendre une huile minérale. Le fluide de refroidissement peut également comprendre une huile de silicone, un hydrocarbure synthétique ou semi-synthétique, un hydrocarbure pétrolier, de l'huile de paraffine, un polyalkyline glycol, de l'eau glycolée (telle qu'on la trouve habituellement dans un antigel pour automobiles), de la vapeur, du N2 gazeux ou de l'air. Le fluide de refroidissement peut être acheminé autour d'une conduite de n'importe quelle manière appropriée, par exemple en plongeant l'extérieur de la conduite dans le fluide de refroidissement. Dans divers modes de réalisation, une conduite refroidie peut être configurée comme deux conduites concentriques comportant une chambre interne et une chambre externe. La chambre externe peut comporter un point d'accès d'entrée et un point d'accès de sortie. Un fluide de refroidissement peut être acheminé par le point d'accès d'entrée 141 de telle sorte que le fluide de refroidissement s'écoule jusqu'au point d'accès de sortie 142 et ressort de la conduite refroidie 109. Dans de tels modes de réalisation, le fluide de refroidissement qui est ressorti par le point d'accès de sortie peut être acheminé vers un appareil de refroidissement pour être refroidi puis remis en circulation vers le point d'accès d'entrée. De cette manière, la circulation du fluide de refroidissement dans la chambre externe transférera de la chaleur vers la chambre interne. Le contrôle de la température de la chambre interne peut être assuré par un contrôle de la température du fluide de refroidissement. Par exemple, le fluide de refroidissement peut être pompé à travers le point d'accès d'entrée 141 pour refroidir la conduite refroidie 109. Le fluide de refroidissement peut s'écouler jusqu'au point d'accès de sortie 141 et ressortir de la conduite refroidie 109. Dans divers modes de réalisation, la zone refroidie elle-même peut être appelée piège froid. Comme décrit dans de plus amples détails ci-dessus, une deuxième neutralisation peut être réalisée dans ou près de la zone refroidie pour mieux gérer les impuretés résiduelles. Dans divers modes de réalisation, une zone refroidie peut être reliée à une zone chauffée de telle sorte qu'un courant gazeux est acheminé à travers la zone chauffée avant de pénétrer dans la zone refroidie. Les conduites comprenant la zone refroidie peuvent être constituées de tubes réfractaires. Dans divers modes de réalisation, la deuxième neutralisation peut être effectuée alors qu'un courant gazeux postneutralisé se trouve dans une zone refroidie, juste avant qu'un courant gazeux postneutralisé ne pénètre dans une zone refroidie, ou juste après qu'un courant gazeux postneutralisé est sorti d'une zone refroidie. Par exemple, le point d'injection peut être sélectionné de telle sorte que, au moment de l'injection, le courant gazeux se situe à l'intérieur d'une zone refroidie. Par exemple, dans divers modes de réalisation, un agent de neutralisation est injecté dans une conduite refroidie contenant un courant gazeux. Tous les agents de neutralisation décrits ici, ou une combinaison de ceux-ci, sont appropriés pour une utilisation dans une deuxième neutralisation. À cet égard, dans un mode de réalisation et par renvoi à la figure 1, le deuxième point d'injection pour neutralisation 111 peut être positionné de telle sorte qu'une deuxième neutralisation est effectuée à l'intérieur de la conduite refroidie 109. Toujours par renvoi à la figure 1, un système de piège 100 est représenté relié au four 117. Le four 117 peut être utilisé dans un procédé de transformation de fibres de carbone, comme décrit ci-dessus. Par conséquent, une première étape de carbonisation peut être exécutée dans le four 117, et une deuxième étape, à une température plus élevée, peut être exécutée après la carbonisation de la première étape. Le chauffage de la deuxième étape peut être réalisé entre environ 1400 ce et environ 2200 qC. Le four 117 peut être garni de divers matériaux. Par exemple, du graphite 127 garnit la partie interne du four 117. Le four 117 contient la conduite 118 pour l'évacuation du courant gazeux 115. Le courant gazeux 115 peut contenir des impuretés résiduelles, telles que du sodium gazeux, libérées par les précurseurs de fibres de carbone dans le four 117. Pendant que le courant gazeux 115 se trouve dans la partie de conduite 125, le sodium dans le courant gazeux 115 est entièrement sous forme gazeuse. La conduite 118 contient la partie de conduite 125. La partie de conduite 125 achemine le courant gazeux 115 de telle sorte que le courant gazeux 115 sort du four 117 au point 137. La partie de conduite 125 s'arrête au point 137. La partie de conduite nue 136 est la partie de la conduite 118 depuis le point 137 jusqu'au premier point d'injection pour neutralisation 101. Le courant gazeux 115 se refroidit pendant qu'il se trouve dans la partie de conduite nue 136, de telle sorte que le sodium à l'intérieur du courant gazeux 115 quitte au moins partiellement l'état gazeux. La partie de conduite nue 136 fait au moins dix-huit pouces environ de long, et dans divers modes de réalisation, la longueur de la partie de conduite nue 136 peut aller d'environ 18 pouces à environ 48 pouces [121,92 cm]. La partie de conduite nue 136 peut comprendre un ou plusieurs emboîtements, tels que l'emboîtement 122. Par conséquent, la partie de conduite nue 136 peut comprendre des portions de deux conduites distinctes qui sont raccordées au niveau d'un ou plusieurs emboîtements.

Un agent de neutralisation est injecté au premier point d'injection 101, où le sodium à l'intérieur du courant gazeux 115 a au moins partiellement quitté l'état gazeux (autrement dit, le sodium s'est au moins partiellement condensé). Le courant gazeux postneutralisé 140 peut s'écouler à travers l'emboîtement 119 quand le courant gazeux postneutralisé 140 est acheminé dans la conduite chauffée 114. La conduite chauffée 114 peut comprendre une chambre interne et une chambre externe, de telle sorte que le point d'accès d'entrée 130 et le point d'accès de sortie 132 fournissent un accès à la chambre externe. Dans de tels modes de réalisation, le courant gazeux postneutralisé 140 est acheminé dans la chambre interne de la conduite chauffée 114. Un fluide de chauffage peut être mis en circulation depuis le point d'accès d'entrée 130 jusqu'au point d'accès de sortie 132 pour chauffer la chambre interne de la conduite chauffée 114. Comme décrit dans les présentes, la conduite chauffée 114 peut être contrôlée à une température d'environ 900 °F à environ 1500 °F, et/ou à une température d'environ 1100 °F à environ 1250 °F. La conduite chauffée 114 peut être de n'importe quelle longueur appropriée pour que la conduite chauffée 114 puisse être raccordée à la conduite refroidie 109. La conduite refroidie 109 peut comprendre une chambre interne et une chambre externe, de telle sorte que le point d'accès d'entrée 141 et le point d'accès de sortie 142 fournissent un accès à la chambre externe. Dans de tels modes de réalisation, le courant gazeux postneutralisé 140 est acheminé dans la chambre interne de la conduite refroidie 109. Un fluide de refroidissement peut être mis en circulation depuis le point d'accès d'entrée 141 jusqu'au point d'accès de sortie 142 pour refroidir la chambre interne de la conduite refroidie 109. Comme décrit dans les présentes, la conduite refroidie 109 peut être contrôlée à une température d'environ 300 °F à environ 700 °F, et/ou à une température d'environ 400 °F à environ 550 °F. La conduite refroidie 109 peut être de n'importe quelle longueur appropriée. Le deuxième point d'injection pour neutralisation 111 est positionné à l'intérieur de la conduite refroidie 109. Tout agent de neutralisation peut être injecté par le deuxième point d'injection pour neutralisation 111 pour former un deuxième courant gazeux neutralisé 107. Le deuxième courant gazeux neutralisé 107 peut être exempt ou sensiblement exempt d'impuretés résiduelles. Considérons maintenant la figure 2, qui illustre un procédé 200 de réduction des impuretés résiduelles. L'étape d'acheminement 201 comprend l'acheminement d'un courant gazeux à travers une partie nue d'une conduite, le courant gazeux comprenant du sodium, la partie nue de la conduite faisant au moins dix-huit pouces de long. L'étape d'injection 204 comprend l'injection d'un agent de neutralisation dans le courant gazeux en un point d'injection, le point d'injection se situant en un point où le sodium se trouve dans un état au moins partiellement condensé (autrement dit, le sodium s'est au moins partiellement condensé). L'étape de chauffage 206 comprend l'acheminement du courant gazeux à travers une partie chauffée d'une conduite. L'étape de refroidissement 208 comprend l'acheminement du courant gazeux à travers une partie refroidie d'une conduite. Une deuxième étape d'injection facultative (non représentée) peut comprendre l'injection d'un agent de neutralisation dans le courant gazeux en un point d'injection, le point d'injection se situant à l'intérieur de la partie refroidie de la conduite. Des bénéfices, d'autres avantages et des solutions à des problèmes ont été décrits ici relativement à des modes de réalisation spécifiques. Cependant, les bénéfices, les avantages, les solutions à des problèmes, et tous les éléments qui peuvent faire qu'un bénéfice, un avantage ou une solution quelconque apparaît ou devient plus prononcé ne doivent pas être interprétés comme des caractéristiques ou des éléments critiques, nécessaires ou essentiels de l'invention. Par conséquent, la portée de l'invention ne doit être limitée par rien d'autre que les revendications annexées, dans lesquelles une référence à un élément au singulier n'est pas destinée à signifier « un et un seul » sauf indication explicite, mais plutôt « un ou plusieurs ». De plus, si une phrase similaire à « A et/ou B et/ou C » est employée dans les revendications, il est entendu que cette phrase doit être interprétée comme signifiant que A seul peut être présent dans un mode de réalisation, B seul peut être présent dans un mode de réalisation, C seul peut être présent dans un mode de réalisation, ou que toute combinaison des éléments A, B et C peut être présente dans un mode de réalisation individuel ; par exemple, A et B, A et C, B et C, ou A et B et C. En outre, aucun élément, aucun composant ni aucune étape de procédé dans le présent exposé ne sont destinés à tomber dans le domaine public, que l'élément, le composant ou l'étape de procédé soit ou non explicitement exposé dans les revendications.. Tels qu'utilisés ici, les termes « comprend, » « comprenant », et toutes les autres variantes de ceux-ci, sont destinés à couvrir une inclusion non exclusive, de sorte qu'un procédé, une méthode, un article ou un appareil qui comprend une liste d'éléments n'inclut pas seulement ces éléments, mais peut inclure d'autres éléments non expressément énumérés ou inhérents à ce procédé, cette méthode, cet article ou cet appareil.

Claims

REVENDICATIONS1. Procédé de gestion des impuretés résiduelles comprenant : l'acheminement d'un courant gazeux à travers une partie nue d'une conduite, le courant gazeux comprenant du sodium, la partie nue de la conduite faisant au moins dix-huit pouces environ de long ; l'injection d'un agent de neutralisation dans le courant gazeux en un point d'injection, le point d'injection se situant en un point où le sodium se trouve dans un état au moins partiellement condensé ; l'acheminement du courant gazeux à travers une partie chauffée d'une conduite ; et l'acheminement du courant gazeux à travers une partie refroidie d'une conduite.
2. Procédé selon la revendication 1 dans lequel le courant gazeux comprend en outre un hydrocarbure.
3. Procédé selon la revendication 2, comprenant en outre la condensation de l'hydrocarbure.
4. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'agent de neutralisation est au moins un des éléments suivants : de la vapeur, de la vapeur d'eau, de l'oxyde nitreux ou du dioxyde de carbone ou de l'air. . Procédé selon la revendication 1, dans lequel la partie chauffée d'une conduite comprend une chambre interne et une chambre externe, le courant gazeux étant contenu dans la chambre interne et un fluide de chauffage étant mis en circulation à travers la chambre externe. 6. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la partie refroidie d'une conduite comprend une chambre interne et une chambre externe, le courant gazeux étant contenu dans la chambre interne et un fluide de refroidissement étant mis en circulation à travers la chambre externe. 7. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'injection est effectuée quand la température du courant gazeux est supérieure à environ 100 °C et inférieure à environ 1500 °C. 8. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la partie chauffée d'une conduite est au moins partiellement garnie. 9. Procédé selon la revendication 1, comprenant en outre l'injection d'un agent de neutralisation secondaire à l'intérieur de la partie refroidie de la conduite. 10. Procédé selon la revendication9, dans lequel l'agent de neutralisation secondaire est de la vapeur et/ou de la vapeur d'eau et/ou de l'oxyde nitreux et/ou du dioxyde de carbone et/ou de l'air.11. Système de piège pour utilisation avec un four de carbonisation comprenant un groupe de trois conduites ou trois parties d'une conduite unique, dans lequel : une première conduite dans le groupe de conduites ou une première partie de la conduite unique est nue et a une longueur d'au moins dix-huit pouces environ ; une deuxième conduite dans le groupe de conduites raccordée à la première conduite ou une deuxième partie de la conduite unique adjacente à la première partie est chauffée par un appareil de chauffage à résistance électrique ; et une troisième conduite dans le groupe de conduites raccordée à la deuxième conduite ou une troisième partie de la conduite unique adjacente à la deuxième partie est refroidie et comprend une chambre interne et une chambre externe. 12. Système selon la revendication 11, dans lequel l'appareil de chauffage à résistance électrique comprend un matériau isolant. 13. Système selon la revendication 11, dans lequel la chambre externe de la troisième conduite contient un agent de refroidissement. 14. Système selon la revendication 11, comprenant en outre un site d'injection situé dans la première conduite pour l'injection d'un agent de neutralisation. 15. Système selon la revendication 14, dans lequel l'agent de neutralisation est de la vapeur et/ou de la vapeur d'eau et/ou de l'oxyde nitreux et/ou du dioxyde de carbone et/ou de l'air.16. Système selon la revendication 11, comprenant en outre un site d'injection situé dans la troisième conduite pour l'injection d'un agent de neutralisation secondaire. 17. Système selon la revendication 16, dans lequel l'agent de neutralisation secondaire est de la vapeur et/ou de la vapeur d'eau et/ou de l'oxyde nitreux et/ou du dioxyde de carbone et/ou de l'air. 18. Système selon la revendication 11, dans lequel la première partie de la conduite unique comprend en outre un point d'injection.