FR3055889A1

FR3055889A1 - Systeme de dosage et d'injection par gravite de poudres en phase dense

Info

Publication number: FR3055889A1
Application number: FR1658563A
Authority: FR
Inventors: Muriel Marchand; Jean-Marie Seiler
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA; Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 2016-09-14
Filing date: 2016-09-14
Publication date: 2018-03-16
Also published as: EP3512790A1; WO2018050668A1

Abstract

La présente invention concerne un système (1) d'alimentation en poudre en phase dense et consiste essentiellement à coupler judicieusement un dosage discontinu de débit avec un dispositif d'injection dont les propriétés géométriques sont calculées à partir des connaissances expérimentales sur une poudre donnée et la mise en œuvre de son matériau constitutif.

Description

Titulaire(s) : COMMISSARIAT A L'ENERGIE ATOMIQUE ET AUX ENERGIES ALTERNATIVES Etablissement public.

Demande(s) d’extension

Mandataire(s) : CABINET NONY.

Pty SYSTEME DE DOSAGE ET D'INJECTION PAR GRAVITE DE POUDRES EN PHASE DENSE.

La présente invention concerne un système (1) d'alimentation en poudre en phase dense et consiste essentiellement à coupler judicieusement un dosage discontinu de débit avec un dispositif d'injection dont les propriétés géométriques sont calculées à partir des connaissances expérimentales sur une poudre donnée et la mise en oeuvre de son matériau constitutif.

FR 3 055 889 - A1

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SYSTEME DE DOSAGE ET D’INJECTION PAR GRAVITE DE POUDRES EN PHASE DENSE

Domaine technique

La présente invention concerne le domaine des systèmes d’alimentation en poudres, plus précisément de dosage et d’injection de poudres en phase dense, c’est-à-dire avec peu ou pas de gaz porteur.

Elle concerne en particulier les poudres cohésives, telles que les poudres de bois, c’est-à-dire qu’elles ont une tendance naturelle à former spontanément des arches et des voûtes.

L’invention a trait plus particulièrement à une application d’alimentation, de contenants pressurisés ou non, en poudres de charge de matière carbonée, telle que la biomasse, le charbon ou tout autre type de poudres comme un broyât de déchets... Les contenants à alimenter peuvent être avantageusement, des réacteurs de gazéification, ou d’autres systèmes de conversion thermochimique. Dans cette application, les débits massiques de solide peuvent être très variables, depuis quelques kilogrammes jusqu’à plusieurs tonnes par heure en conditions industrielles.

L’invention vise à améliorer de tels systèmes d’alimentation de poudres, notamment par un dosage fin, précis, stable et reproductible et une injection de poudre en phase dense qui conserve les caractéristiques du dosage.

Bien que décrite en référence principalement à l’application avantageuse de dosage et d’injection de poudres de biomasse, l’invention peut s’appliquer à tout type de poudres dont on connaît les propriétés physiques et mécaniques (granulométrie, densité, taux d’humidité, angle d’avalanche...).

Art antérieur

Dans le domaine de l’alimentation en poudres de contenants divers et variés, on peut distinguer deux grandes catégories de dispositifs connus, ceux ayant une fonction de dosage des poudres, c’est-à-dire qui permettent de contrôler la quantité de poudre, et ceux servant à l’injection de poudres dans un contenant, en continu ou en discontinu.

Parmi les dispositifs de dosage répandus, on peut citer les dispositifs à vis, les écluses rotatives ou les sas de pressurisation, communément appelés « lock hoppers » en anglais. Par exemple, la demande de brevet WO2012/152742A1 divulgue une écluse rotative pour doser une poudre qui alimente directement depuis l’écluse un pétrisseur.

Ces dispositifs de dosage classiques s’appliquent aussi bien au domaine de la pharmacie ou de la chimie, qui nécessitent des faibles débits, comme par exemple décrit dans les brevets US 4850259 et US7984835B2, que dans le domaine de la manipulation industrielle de poudres à hauts débits. En particulier, le brevet US9227790B2 concerne une installation de gazéification de biomasse ou de charbon dans laquelle la poudre est convoyée par un convoyeur à vis hélicoïdal.

On rencontre également des sas de pressurisation, dont le volume plus ou moins important définit la finesse du dosage. Un avantage des écluses et des sas de pressurisation est qu’ils ont également un effet d’étanchéité vis-à-vis d’éventuelles fluctuations de pression en amont et en aval.

Le principal inconvénient des vis doseuses, écluses et lock hoppers est le caractère fortement discontinu du débit de poudre généré, comme cela est illustré en figure 1, où l’on voit que pour une écluse rotative connue, si l’on peut toujours définir un débit moyen constant, les variations de débit au cours du temps peuvent être importantes.

Jusqu’à présent, afin de pallier cet inconvénient, la solution consistait à agencer un grand nombre de dispositifs de dosage, soit en série fluidique avec un volume, donc un pas de débit, décroissant, par exemple des écluses rotatives avec un nombre croissants de godets de taille décroissante en allant vers le point d’injection, soit en parallèle, avec un dosage alterné de plusieurs dispositifs. Outre l’investissement et les contraintes de gestion du fonctionnement alterné, cette solution a pour inconvénient de générer un encombrement non négligeable. D’autre part, pour les poudres cohésives, des problèmes de bouchage dans les godets se produisent fréquemment.

Une autre solution connue, en particulier dans le domaine du convoyage et de la gazéification de poudre de charbon, consiste à contrôler le débit de solide par un débit additionnel de gaz : voir publications [1] [2], Un convoyage avec gaz, aussi désigné par « injection aérée », a pour avantage de ne pas générer d’encombrement supplémentaire. En revanche, il génère un écoulement à phase fortement diluée, ce qui peut ne pas être compatible avec bon nombre de procédés en aval.

Cela est particulièrement problématique dans une installation de conversion thermochimique, dans laquelle le gaz ne participe pas à la réaction et de ce fait en diminue le rendement. Ceci peut être notamment pénalisant à haute pression, du fait de la densité accrue du gaz, qui augmente les ratios entre débit de masse du gaz et débit de masse solide. Par exemple, mettre en œuvre un gaz de convoyage par dilution des particules de poudre dans une installation de gazéification de biomasse nécessiterait d’utiliser une partie de l’énergie de la réaction de gazéification pour réchauffer le gaz initialement froid, ce qui aurait pour effet indésirable de diminuer le rendement global de la réaction.

En ce qui concerne les dispositifs d’injection, on peut citer la littérature ancienne et fournie sur les silos de décharge. Ces éléments de type « entonnoir » en forme de tronc de cône permettent d’injecter un matériau granulaire dans un contenant plus petit. Par contre, ces entonnoirs, usuellement appelés cônes d’injection, n’ont pas pour fonction de doser le matériau granulaire et en assurent juste une décharge par gravité. Ainsi, dans ces dispositifs d’injection connus, la valeur du débit n’est pas réglable.

On peut également trouver différents dispositifs d’injection aérée par un gaz, décrits en détail dans la publication [2], Ainsi, comme pour les dispositifs de dosage, ces dispositifs d’injection ne trouvent une application qu’en phase diluée avec une fraction volumique solide atteinte qui est de quelques %.

Un autre point pénalisant de ce type d’injection aéré est que les fonctions de dosage et d’injection de poudre ne sont pas séparées puisque c’est le mélange diphasique et donc le débit de gaz qui détermine en grande partie le débit de solide.

Enfin, pour des poudres très cohésives et/ou non aisément fluidisables, ce type d’injection est complexe à réaliser et très dépendant de la nature des poudres, comme expliqué par la publication [2],

Si dans l’art antérieur, on trouve des systèmes d’alimentation de poudres en phase dense qui associent un dispositif de dosage de poudre et un dispositif d’injection, les inconvénients propres à chaque dispositif subsistent.

Il existe donc un besoin d’améliorer les systèmes d’alimentation de poudres en phase dense, notamment afin de s’affranchir des inconvénients précités des dispositifs de dosage et des dispositifs d’injection connus, notamment les fluctuations de débit incompatibles avec le procédé, une décharge sans maîtrise du débit, des débits solide et gaz interdépendants, un débit de gaz incompatible avec le rendement du procédé, et ce sans avoir recours à une alimentation en phase diluée, et/ou à une installation mécanique générant un investissement et/ou un encombrement conséquent(s).

De manière générale, il existe un besoin de définir un système d’alimentation de poudres en phase dense, en particulier cohésives qui permette d’obtenir un dosage ayant les propriétés suivantes :

- fin : l’amplitude des fluctuations de débit autour du débit moyen doit rester faible ;

- précis : le débit généré doit être conforme à la consigne, dans la limite bien entendu de la précision de mesure des débitmètres ;

- stable, au sens statistique du terme : le débit moyen sur une période temporelle considérée, doit rester le même pendant toute la durée du procédé (absence de dérive lente)

- reproductible : le débit ne doit pas varier d’un jour à l’autre.

Il existe également un besoin d’une injection en aval du dosage qui conserve les propriétés définies ci-dessus pour le dosage, avec tout particulièrement un débit constant même sur de très courtes durées, typiquement de l’ordre de la seconde, et qui fonctionne aussi bien à petit et grand débits, qu’à basse et haute pression.

Le but de l’invention est de répondre au moins en partie à ces besoins.

Exposé de l’invention

Pour ce faire, l’invention concerne, sous un de ses aspects, un système d’alimentation en poudre en phase dense comportant :

- un dispositif de dosage, adapté pour doser la poudre selon un débit moyen donné;

- un dispositif d’injection par gravité de la poudre sous la forme d’un tronc de cône, agencé en dessous du dispositif de dosage de sorte à recevoir par gravité la poudre dosée au débit moyen donné, l’angle d’ouverture et le type de matériau constitutif de la paroi du cône d’injection étant prédéterminés à partir des propriétés mécaniques de la poudre, tandis que le diamètre de l’orifice de sortie du tronc de cône d’injection est prédéterminé selon la corrélation dite de Rose & Tanaka, selon l’équation suivante :

W = crkppb^/^CD — kp * dp) ^2,5 dans laquelle :

W : débit massique de poudre, kp : constante qui dépend de la forme du cône, k_p : constante qui dépend de la forme des particules de poudre,

D: diamètre de l’orifice de sortie du cône, pb : densité apparente de la poudre, dp : diamètre moyen des particules.

a : coefficient expérimental de pondération, intrinsèque à la poudre.

Le coefficient a a été déterminé expérimentalement pour différentes poudres et à partir de plusieurs injecteurs de différents diamètres. Pour chaque poudre, le lien entre le débit mesuré et le diamètre de l’injecteur est fait.

A titre d’exemple, la valeur a = 0.86 a été déterminée pour une poudre de hêtre de granulométrie 200 pm environ. Cette valeur légèrement inférieure à 1 montre que la corrélation de Rose et Tanaka surestime légèrement le débit.

Selon un mode de réalisation avantageux, le système d’alimentation comprend un tube creux de décharge de la poudre à injecter, à la sortie de l’injecteur. Ainsi, ce tube fait la jonction entre l’injecteur et le réceptacle. Ce tube de décharge, qui peut être de longueur et de géométrie variables, permet avantageusement de convoyer la poudre en aval de l’injecteur sur des distances plus ou moins importantes. En outre, la longueur du tube de décharge et sa géométrie (tube droit ou coudé) permet de piloter la perte de charge en vue d’assurer l’étanchéité du système d’injection vis-à-vis de fluctuations de pression à l’aval et par conséquent, de garantir la stabilité du débit de poudre.

Selon un autre mode de réalisation avantageux, le système d’alimentation comprenant un tube plein agencé de manière coaxiale à l’intérieur du cône d’injection de sorte à délimiter avec l’orifice de sortie un anneau d’injection dont la section correspond à la valeur du diamètre D. Avec ce tube plein, on réalise ainsi une injection annulaire. Dans le cas d’une gazéification de la poudre, l’énergie thermique peut être apportée par oxycombustion. Dans ce cas, il peut être intéressant de placer le brûleur alimenté en oxygène au centre et l’injection de poudre de bois en anneau autour. Il va de soi que l’on veille à ce que la section de passage pour la poudre soit conservée par rapport au cas circulaire.

Selon encore un autre mode de réalisation avantageux, le système d’alimentation comprend un dispositif de vibration relié rigidement au cône d’injection. Ce dispositif de vibration ainsi couplé à l’injecteur permet d’aider à l’écoulement de poudres très cohésives.

L’invention a également pour objet, selon un autre de ses aspects, une installation de conversion thermochimique comprenant un réacteur de gazéification agencé en aval du système décrit précédemment.

L’installation est particulièrement destinée à convertir de la poudre de biomasse, le réacteur étant un réacteur de type à flux entraîné.

L’invention a également pour objet un procédé de réalisation d’un tel système, comprenant les étapes suivantes :

- on sélectionne une poudre dont on mesure les propriétés mécaniques,

- on détermine le débit moyen de la poudre à injecter dans un contenant en aval du cône,

- on détermine par calculs l’angle d’ouverture du cône d’injection ainsi que le diamètre de sortie à partir de la connaissance des propriétés mécaniques de la poudre et de la rugosité de la paroi du cône.

Ces propriétés vont déterminer le frottement poudre-poudre, le frottement poudre-paroi et le diamètre minimum de sortie du cône pour obtenir un écoulement en masse de la poudre.

Autrement dit, le système selon l’invention fonctionne de la manière suivante:

- un dispositif de dosage qui peut être classique, comme par exemple une vis ou une écluse rotative, donne le débit moyen cible (dosage grossier, par paquets) ;

- la poudre dosée en paquets tombe alors par gravité dans le cône d’injection aux paramètres déterminés au préalable en fonction de la nature de la poudre et de la paroi (nature du matériau constitutif de la paroi du cône, angle d’ouverture du cône et diamètre de l’orifice de sortie du cône).

L’angle d’ouverture du cône est défini en fonction des propriétés mécaniques de la poudre et de la nature du matériau constitutif de la paroi du cône. On prend ainsi en compte la coulabilité de la poudre, y compris pour des poudres fortement cohésives.

Le diamètre de l’orifice de sortie du cône est ainsi optimisé pour assurer le lissage temporel du débit solide et donc création d’un écoulement continu en sortie d’injecteur. Ce diamètre doit être suffisamment petit pour supprimer les discontinuités d’injection et suffisamment grand pour ne pas limiter le débit et atteindre ainsi la valeur cible de débit.

Ainsi, l’invention consiste essentiellement à coupler judicieusement un dosage discontinu de débit avec un dispositif d’injection dont les propriétés géométriques sont calculées à partir des connaissances expérimentales sur une poudre donnée et la mise en œuvre de son matériau constitutif.

Cette combinaison va permettre, pour une poudre donnée, en particulier cohésive, d’avoir une injection, sans aide mécanique ou par addition de gaz créant une phase diluée, avec un débit continu, stable même sur des durées très courtes, et reproductible.

On peut reproduire l’invention à souhait pour n’importe quelle installation dans laquelle il est nécessaire d’alimenter un contenant, quel que soit la valeur du débit et ce à basse ou haute pression.

L’invention est particulièrement avantageuse à mettre en œuvre dans une installation de conversion thermochimique en réacteur à flux entraîné (RFE). En effet, les règles de sécurité dans ce type d’installation imposent de garantir une très grande stabilité du débit de poudre injectée.

Description détaillée

D’autres avantages et caractéristiques de l’invention ressortiront mieux à la lecture de la description détaillée d’exemples de mise en œuvre de l’invention faite à titre illustratif et non limitatif en référence aux figures suivantes, parmi lesquelles :

- la figure 1 est une courbe illustrant la discontinuité de débit d’une poudre en phase dense, introduite par un dispositif de dosage constitué par une écluse rotative selon l’état de l’art ;

- la figure 2 est une vue schématique d’un système d’alimentation en poudre en phase dense selon l’invention ;

- la figure 3 est une courbe illustrant l’évolution temporelle de la masse d’une poudre de bois, mesurée par un système de pesée à la sortie d’un système d’alimentation selon l’invention;

- les figures 4A et 4B sont des reproductions photographiques respectivement du dessus et du dessous du cône d’injection conforme à l’invention, selon une variante permettant de réaliser une injection de poudre dans un conduit de forme annulaire, utile pour certaines applications.

On précise ici dans l’ensemble de la présente demande, les termes « inférieur », « supérieur », « dessus », « dessous », « intérieur », « extérieur », « « interne » « externe» sont à comprendre par référence à un tronc de cône d’injection selon l’invention avec son axe agencé à la verticale avec l’entrée sur le dessus et la sortie sur le dessous

On précise également que les termes « amont », « aval », « entrée », « sortie » sont à considérer par rapport au sens de circulation de la poudre dans le système selon l’invention.

La figure 1 a déjà été commentée en préambule. Elle ne le sera donc pas détaillée par la suite.

Le système d’alimentation 1 en poudre en phase dense représenté en figure 2 comprend tout d’abord un dispositif de dosage 2 classique. Il peut s’agir d’une vis hélicoïdale, d’une écluse rotative ou d’un sas de pressurisation. Une trémie d’alimentation 20 peut être implantée en entrée du dispositif de dosage.

En dessous du dispositif de dosage 2 est agencé un injecteur 3 sous la forme d’un tronc de cône d’injection. L’agencement est tel que la poudre dosée en sortie du doseur 2 tombe par gravité directement dans le cône 3.

Selon l’invention, les paramètres géométriques que sont l’angle d’ouverture et le diamètre de sortie du cône d’injection ont été prédéterminés par calculs à partir de la connaissance expérimentale des caractéfstiques de la poudre donnée. La nature du matériau constitutif du cône d’injection 3 a été également choisie au préalable et a participé à la définition de la valeur de l’angle d’ouverture.

Il est précisé ici que dans la définition d’un cône d’injection conforme à l’invention, la hauteur du cône n’intervient pas. Il peut être choisi indépendamment de la nature de la poudre, à condition bien entendu de respecter les règles de l’art connues, à savoir que la valeur de la hauteur doit être suffisante pour permettre le remplissage du cône sur une hauteur équivalente à quelques diamètres de sortie.

On indique ici un exemple de définition des paramètres du cône 3 pour une poudre de particules de bois de hêtre, de taille unitaire de l’ordre de 200 pm environ avec, comme cible un débit massique solide de 50 Kg/h.

On teste tout d’abord la poudre à l’aide d’une cellule expérimentale de cisaillement, qui permet de quantifier sa coulabilité. Dans cette cellule de cisaillement, une contrainte normale est appliquée à une colonne de poudre et la contrainte tangentielle (ou contrainte de cisaillement) nécessaire au déplacement de la poudre dans un plan horizontal, est mesurée. Ces tests donnent accès à l’angle de frottement poudre-poudre (friction de la partie supérieure de la cellule sur la partie inférieure) et à la fonction d’écoulement de la poudre, qui caractérise son aptitude à s’écouler.

Les tests réalisés selon le même protocole mais en remplaçant la paroi inférieure de la colonne de poudre par une plaque réalisée dans le matériau prévu pour le cône d’injection, permettent de mesurer l’angle de frottement poudre-paroi.

Les données établies à l’aide de ces mesures de cisaillement permettent de calculer l’angle minimum d’ouverture du convergent, pour un écoulement régulier en masse de la poudre. A titre d’exemple, on détermine ici un demi-angle d’ouverture du cône par rapport à la verticale, égal à 10°.

Plus le matériau utilisé pour réaliser le cône d’injection est lisse et plus l’écoulement en masse est favorisé, ce qui se traduit par des demi-angles d’ouverture du cône de valeurs faibles pour les matériaux rugueux, comme de l’acier inoxydable standard et de valeurs plus grandes pour des matériaux lisses.

Les mesures faites par les inventeurs sur des poudres de bois de hêtre montrent qu’un demi-angle de cône de 10° pour un acier inoxydable type 304 L rugueux et de 25 ° pour le même acier inoxydable ayant subi un traitement de poli miroir.

Après étude bibliographique poussée, les inventeurs sont en outre parvenus à la conclusion que le diamètre de l’orifice de sortie du cône d’injection 3 doit favoriser l’écoulement et le lissage temporel du débit solide par nature discontinu à la sortie du dispositif de dosage 2.

Ainsi, le diamètre de l’orifice de sortie du cône doit être suffisamment petit pour supprimer les discontinuités de dosage à l’amont mais suffisamment grand pour ne pas limiter le débit.

La détermination de ce diamètre se fait à partir de la corrélation de Rose & Tanaka, comme explicitée dans la publication [4], qui est modifiée expérimentalement.

Cette corrélation se traduit par l’équation suivante :

W = crkppb^/^CD — kp * dp) ^2,5 dans laquelle :

ίο

W : débit massique de poudre, kp : constante qui dépend de la forme du cône, kp : constante qui dépend de la forme des particules de poudre,

La modification de la corrélation consiste en l’ajout d’un coefficient multiplicatif a inférieur à 1. En pratique, pour l’exemple de poudre de bois de hêtre, la valeur de 0,86 a été déterminée expérimentalement par les inventeurs à partir d’injecteurs de plusieurs diamètres d’orifice de sortie variables, comme mentionné précédemment.

Pour valider l’avantage primordial du système selon l’invention, qui est de générer un écoulement continu à débit stable en sortie d’injecteur 3, les inventeurs ont procédé à des essais sur une installation expérimentale de convoyage et d’injection à pression atmosphérique pour parvenir à un débit stable de 50 kg/h en sortie.

Cette installation comprend d’une trémie d’alimentation débouchant sur une vis doseuse 2 commercialisée sous la dénomination GAC 207 par la société GERICKE, qui est pilotée par un moteur couplé à un variateur de fréquence.

Cette vis 2 déverse par gravité la poudre dans le cône d’injection 3 à tester qui était en acier inoxydable, de type 304 standard, avec un demi-angle d’ouverture de cône de 10° et un diamètre d’orifice de sortie égal à 12 mm. Le standard de rugosité de l’acier inoxydable 304 est égal à 0,015 mm.

En outre, un tube de décharge de longueur égale à 200 mm a été rajouté en aval du cône d’injecteur 3. Ce tube de décharge permet en conditions réelles de fonctionnement de convoyer la poudre en conservant la section de passage de sortie de l’injecteur 3, jusqu’au contenant dans lequel la poudre doit être déversée. Ce tube peut également assurer un rôle de tampon vis-à-vis des fluctuations de pression à l’aval de l’injection.

La validation expérimentale du dispositif a été faite par pesée de la masse de poudre en sortie de l’injecteur au cours du temps et détermination du débit massique.

La pesée est réalisée par un ensemble de trois pesons ou capteurs de pesée commercialisé sous la dénomination F60X100 sous la marque SCAIME. L’étalonnage de ces pesons a conduit à une incertitude de 0,005% de la mesure. Leur résolution est donnée par le fabricant à 27 grammes. Des tests au laboratoire ont montré une résolution effective de l’ordre de 45 grammes.

Lors d’un essai d’injection, la poudre récoltée en sortie d’injecteur 3 est pesée au cours du temps.

La figure 3 montre la courbe de la masse de poudre récoltée en fonction du temps. Comme visible, cette courbe est une droite parfaite. La parfaite linéarité de l’évolution masse en fonction du temps traduit la stabilité du débit.

Le débit est donc déduit de la pente du signal. Il est à noter que pour un débit de 50 Kg/h, la résolution de mesure des pesons limite la réponse en fréquence du système de pesée à 0.33 Hz environ.

Sur les figures 4A et 4B, est montrée une variante avantageuse de réalisation du cône d’injection 3. Sur ces figures, on voit un tube plein 5 agencé de manière coaxiale à l’intérieur du cône d’injection 3.

Cela délimite avec l’orifice de sortie 30 un anneau d’injection 6. Une injection annulaire de poudre peut être avantageuse dans bon nombre d’applications.

En particulier, dans le cas d’une gazéification d’une poudre de bois par oxycombustion, le brûleur est de préférence alimenté en oxygène en son centre et ainsi l’injection de poudre de bois en anneau autour ne vient pas perturber le fonctionnement du brûleur.

D’autres variantes et avantages de l’invention peuvent être réalisés sans pour autant sortir du cadre de l’invention.

L’invention n’est pas limitée aux exemples qui viennent d’être décrits; on peut notamment combiner entre elles des caractéristiques des exemples illustrés au sein de variantes non illustrées.

Références citées [1] : “Pneumatic convection of solids”, KLINGZING, G.E., RIZK, F., MARCUS, R. & LEUNG, L.S., third édition, 2010.

[2] : “Pneumatic conveying design guide”, MILLS, D, Elsevier, 2006.

[3]: Affects of Aération on the Discharge Behaviour of Powders”. FERRARI, G., BELL,

T.A. Power Handling and Processing 10, 269-274, 1998.

[4]: ROSE, H. F. and TANAKA, T. The Engineer (London), 208, 465. 1959

Claims

REVENDICATIONS

1. Système (1) d’alimentation en poudre en phase dense comportant :

- un dispositif de dosage (2), adapté pour doser la poudre selon un débit moyen donné;

- un dispositif d’injection (3) par gravité de la poudre sous la forme d’un tronc de cône, agencé en dessous du dispositif de dosage de sorte à recevoir par gravité la poudre dosée selon le débit moyen donné, l’angle d’ouverture et le type de matériau constitutif de la paroi du cône d’injection étant prédéterminés à partir des propriétés mécaniques de la poudre, tandis que le diamètre de l’orifice de sortie (30) du tronc de cône d’injection est prédéterminé selon la corrélation dite de Rose & Tanaka, selon l’équation suivante :

W = crkppb^/^CD — kp * dp) ^2,5 dans laquelle :

W : débit massique de poudre, kp : constante qui dépend de la forme du cône, k_p : constante qui dépend de la forme des particules de poudre,

D: diamètre de l’orifice de sortie du cône, pb : densité apparente de la poudre, dp : diamètre moyen des particules, a : coefficient expérimental de pondération, intrinsèque à la poudre, déterminé expérimentalement pour différentes poudres et à partir de plusieurs injecteurs de différents diamètres.
2. Système d’alimentation (1) selon la revendication 1, comprenant un tube creux de décharge (4) de la poudre à injecter, à la sortie de l’injecteur.
3. Système d’alimentation (1) selon la revendication 1 ou 2, comprenant un tube plein (5) agencé de manière coaxiale à l’intérieur du cône d’injection de sorte à délimiter avec l’orifice de sortie (30) un anneau d’injection (6) dont la section correspond à la valeur du diamètre D.
4. Système d’alimentation (1) selon l’une des revendications précédentes, comprenant un dispositif de vibration relié rigidement au cône d’injection.
5. Installation de conversion thermochimique comprenant un réacteur de gazéification agencé en aval du système selon l’une quelconque des revendications précédentes.
6. Installation selon la revendication 5, destinée à convertir de la poudre de 5 biomasse, le réacteur étant un réacteur de type à flux entraîné.
7. Procédé de réalisation du système selon l’une des revendications 1 à 4, comprenant les étapes suivantes :

- on sélectionne une poudre dont on mesure les propriétés mécaniques,

- on détermine le débit moyen de la poudre à injecter dans un contenant en 10 aval du cône,

- on détermine par calculs l’angle d’ouverture du cône d’injection ainsi que le diamètre de sortie à partir de la connaissance des propriétés mécaniques de la poudre et de la rugosité de la paroi du cône.

1/2

CD H

LL

-> Temps (s)

2/2

Poids (kg)