Brevet FR2467641A1 — publié le 19810430

La présente invention, réalisée au sein du Service Entretien de la Société TIOXIDE S.A., concerne un dispositif destiné à la séparation de matériaux solides en vrac et plus particulièrement destiné à la séparation d'un catalyseur tel que l'oxyde de vanadium extrudé d'avec son support réfractaire, par exemple la chamotte. Dans les unités de production d'acide sulfurique, il est nécessaire de faire passer le gaz provenant de la combustion du soufre (anhydride sulfureux) dans une caisse de catalyse afin de le transformer en anhydride sulfurique, ce dernier gaz pouvant alors par hydradation se transformer en acide sulfurique. La caisse de catalyse se présente sous la forme d'une tour cylindrique comportant plusieurs niveaux. Chaque niveau comporte un support en métal déployé sur lequel repose la masse catalytique. Cette masse catalytique se compose de deux matériaux différents : le catalyseur en l'occurrence de l'oxyde de vanadium extrudé sous forme de petits cylindres friables et la chamotte qui sépare le catalyseur du support métallique en une couche uniforme d'épaisseur de l'ordre de quelques dizaines de millimètres. Pour une unité de fabrication d'acide de l'ordre de 500 tornes/jour la caisse de catalyse se présente sous forme d'une tour cylindrique ayant une hauteur d'environ 11,50 m et un diamètre de l'ordre de 10 m et comporte quatre niveaux, chaque niveau supportant environ 45 m3 de masse catalytique. L'oxyde de vanadium est constitué de petits cylindres friables ayant un diamètre de 6 mm et une longueur de l'ordre de -20 mm alors que la chamotte a une granulométrie se situant dans une gamme de 30 à 50 mm. La nature des produits, les températures mises en oeuvre de l'ordre de 400 à 4500C et la présence d'impuretés nécessitent un er.tretien annuel de la caisse de catalyse. Ainsi, chaque annee il est nécessaire d'intervenir sur au moins un niveau soit à cause d'une trop grande perte de charge due à un croûtage superficiel ou à la presence de corps étrangers soit plus simplement pour une remise en état des grilles métalliques ou bien pour une métallisation de certaines parties de la caisse. La méthode habituelle pour extraire le catalyseur en vue de l'entretien est en générale la suivante : par des portes placées à différents niveaux sur la caisse, on extrait les 45 m3 de la masse catalytique. Cette extraction est délicate car il faut le souligner le catalyseur est un produit fragile qui doit être réutilisé ultérieurement. En effet, il s'agit d'un produit ayant un prix très élevé environ 9000 F./tonne. L'extraction du catalyseur peut être effectuée soit manuellement, soit à l'aide d'un aspirateur industriel. I1 faut remarquer qu'aucune de ces deux méthodes n'est parfaitement satisfaisante. En effet, la première méthode prend énormément de temps et en plus le catalyseur étant un produit nocif pour la santé, la manipulation et l'extraction impliquent des conditions de travail pour le personnel extrêmement pénibles, en particulier elles nécessitent l'emploi d'un masque. Quant à la deuxième méthode, elle présente l'inconve- nient de rendre inutilisable une grande partie du catalyseur du fait des grandes vitesses d'aspiration mises en jeu. Comme cela a été dit précédemment, compte tenu du prix du catalyseur, il n'est pas souhaitable d'être obligé d'en perdre une grande partie lors de la manipulation. Une fois la phase d'extraction achevée, il est nécessaire de cribler la masse catalytique obtenue afin de séparer l'oxyde de vanadium de la chamotte. Cette opération comme la précédente s'effectue dans une atmosphère poussiéreuse et l'on retrouve encore ici les conditions très pénibles de travail évoquées précédemment. Enfin, les deux constituants de la masse catalytique doivent être mis en sacs . Le catalyseur est ensaché en général en sac plastique d'environ 25 kg et stocké à l'abri de l'humidité pour être réemployé ultérieurement. Ce mode de conditionnement est destiné à faciliter la manipulation lors de la remise en place dans la caisse de catalyse et de plus l'oxyde de vanadium étant extrêmement hygroscopique il nécessite une protection toute particulière. Dans l'état actuel des choses, on peut donc considérer que les procédés existant sont très longs, nécessitent beaucoup de personnel travaillant dans des conditions très pénibles et avec en outre une perte de catalyseur non négligeable. Or, la présente invention propose un dispositif permettant d'extraire, de séparer et d'ensacher séparément le catalyseur et la chamotte en utilisant seulement deux-personnes et un dispositif entièrement automatisé sans aucun dégagement de poussière ou de gaz à l'extérieur. Pour ce faire, la présente invention propose un dispositif destiné 3 la séparation de matériaux solides en vrac notamment un catalyseur solide et un support réfractaire caractérise en ce qu'il comporte en combinaison : - un ensemble d'aspiration constitué d'un bec d'aspiration en liaison pneumatique avec l'intérieur d'un réservoir de grande capacité mis en dépression par un groupe d'aspiration - un ensemble de criblage constitué d'un crible maintenu sous dépression, l'entrée du crible étant en communication avec la partie inférieure du réservoir de grande capacité par l'inter- médiaire d'une vanne dont l'ouverture et la fermeture sont asservies à des moyens de détection de 1' l'état de remplissage dudit réservoir et les sorties du crible étant en liaison avec chacune un dispositif de recueil des matériaux criblés Ce type de dispositif permet tout à la fois de séparer rapidement l'oxyde de vanadium de la chamotte en utilisant deux opérateurs pour l'ensemble des opérations et évite gue ne se répandent à l'atmosphère les poussières ou les gaz qui apparaissent lors de la manipulation des différents composants de la masse catalytique. Dans un mode de réalisation préféré du dispositif selon l'invention, le réservoir de grande capacité est constitué d'u@ partie supérieure sensiblement cylindrique et d'une partie infé @@eure sensiblement conique dont la bass se raccorde à la base du cylindre de la partie supérieure, et en ce que le bec d'a@ piration debouche dans la paroi latérale de la partie supérieure du cylindre et en ce que le groupe d'aspiration est connecté à la base supérieure du cylindre Le volume du réservoir de grande capacité peut varier dans de très larges limites, une capacité de l'ordre de 1,5 à 5 m3 est en général suffisante en assurant un volume utile de l'ordre 3 de 1 m et plus. Cette disposition permet au produit aspiré à vitesse relativement importante, de perdre de son énergie cinétique en arrivant dans le réservoir à grande capacité et de tomber par simple gravité en limitant au maximum les chocs entre le catalyseur et les parois du réservoir, en outre la position et la forme du cône d'aspiration permettent d'assureur un dépoussiérage primaire sans qu'il y ait de risque de voir le catalyseur poursuivre son chemin vers le groupe d'aspiration, pour ce faire, le cône d'aspiration est placé verticalement et comporte un coude brusque; de préférence à angle droit, sur les parois duquel les poussièrent viennent frapper et perdre leur énergie cinétique. Afin de diminuer encore l'énergie cinétique des particules aspirées lorsqu'elles rentrent dans le réservoir à grande capacité, on prévoit de préférence que le bec d'aspiration soit raccordé au réservoir par une partie conique, dans ces conditions l'air moteur perd en effet toute son énergie et sa vitesse en arrivant dans ce grand volume pur l'entrée conique. F!éanmoins, comme i; est difficile d'empêcher totalement le choc des particules aspirées avec la paroi opposée du réservoir, on prévoit que la portion de paroi intérieure du réservoir diamétralement opposée à l'endroit où débouche le bec d'aspiration soit revêtue d'une matière amortissant les chocs,par exemple 7un tapis de caoutchouc dont la composition devra être choisie en fonction de sa résistance au choc et de l'agressivité du milieu. Dans un mode de mise en oeuvre préféré du dispositif selon la présente invention, le crible est un crible vibrent dont la partie supérieure d'entrée est raccordée à la vanne par l'intermédiaire d'une manchette souple pour éviter la transmission des vibrations au réservoir. En outre, la connexion du groupe de mise en dépression du crible est située à la partie inférieure du crible afin d'aspirer toutes les poussières criblées du mélange L'ouverture et la fermeture de la vanne de communia tion entre le réservoir de grande capacité et le crible sont asservies à des moyens de détection de l'état du remplissage dudit réservoir. Ceci pour deux raisons : la première est que le remplissage du réservoir ne doit jamais être supérieur au niveau à partir duquel les particules aspirées viendraient frapper directement la masse de particules se trouvant dans le réservoir ; la deuxième est que l'état de remplissage minimum du réservoir doit être tel qu'il n'autorise pas de courant d'air parasite entre la mise en dépression du crible et la mise en dépression du réservoir. Enfin, pour ce qui concerne le recueil des matériaux criblés, ceux-ci peuvent être recueillis par tout dispositif approprié en particulier on peut prévoir des becs d'ensachage disposés sur une chaise de maintien tarée qui bascule et actionne une fin de course qui commande la fermeture d'ùne vanne élastique et l'ouverture d'une pince à sac. On décrira ci-après en regard de la figure annexée un mode de réalisation particulièrement avantageux du dispositif selon la présente invention. Sur ce schéma la référence A désigne une caisse de catalyse. Cette caisse comprend deux niveaux 1 et 2 portant chacun une masse catalytique 3 et 4. I1 a été représenté un opérateur 6 utilisant un dispositif selon la présente invention. Ce dispositif comprend essentiellement trois parties un bec d'aspiration 7, passant par la porte 5 de l'étage 2, un réservoir de grande capacité 8 et un dispositif de criblage 9. Le bec d'aspiration 7 comprend un bec d'aspiration proprement dit 10 manoeuvré par l'opérateur s un raccord flexible 11 branché sur un raccord conique 12 qui débouche dans le réservoir à grande capacité 8, face à ce raccord conique on a dispose un tapis de caoutchouc 30 destiné à amortir le choc des particules aspirées sur les parois du réservoir. Le réservoir à grande capacité 8 est mis en dépression par un groupe d'aspiration 13 en relation avec la partie supé rieure du réservoir 8 par un raccord 74 et une tuyauterie ccn- mandée par une vanne 15 en fonction des indications d'un vacuo- mètre 16. Le réservoir de grande capacité 8 est une trémie vibrante entraînée en vibration par un vibreur 17. Cette trémie repose évidemment sur un support qui n 'est pas représenté. La partie inférieure du réservoir de grande capacité @ est pourvue de deux détocteurs de niveaux 8 et 19 qui commandent respectivemert l'ouverture et la fermeture d 'une vanne élastique 20. Cette vanne élastique située à la partie inférieure du réservoir à grande capacité 8 assure la mise en contact par l'intermédiaire d'une manchette souple 21 dudit réservoir avec le crible vibrant 9. Entre la vanne élastique 20 et la manchette souple 21 est disposée une trappe 22 destinée à permettre la régulation du débit des matières arrivant dans le crible 9. Le crible vibrant 9 comprend une première grille 27 maille lOxlO destinée à retenir la chamotte et une deuxième grille 23 en maille 5 x 5 qui permet de retenir l'oxyde de vanadium. La partie inférieure 24 du crible est en relation pneumatique avec le groupe d'aspiration 13 par l'intermédiaire d'une vanne 25 qui permet d'assurer la mise en dépression du crible 9. Le dispositif est complété par un ensemble d'ensachage 25 acceptant le refus de la grille 27 et un groupe d'ensachage 26 acceptant le refus de la grille 23. Le dispositif fonctionne de la façon suivante : la masse catalytique aspirée par le bec d'aspiration 10 ralentit sa course-dans le raccord conique 12 pour tomber par gravité dans le réservoir à grande capacité 8 ; le détecteur de niveau 18 lorsque le niveau maximum est atteint, ouvre la vanne élastique 20; la masse catalytique commence donc à descendre dans le cribleur 9 ; à la hauteur de la grille de séparation 27 la chamotte ayant une dimension particulière de 30 à 50 mm est refusée et passe dans le système d'ensachage 25; l'oxyde de vanadium traverse la grille 27 mais est refusé par la grille 23 puisque le diamètre des cylindres d'oxyde de vanadium est de l'ordre de 6 mm ; l'oxyde ainsi refusé est dirigé vers le système de recueil. 26 compoSant un dispositif d'ensachage automatique. Les poussières ayant traversé les grilles 27 et 23 sont aspirées par l'intermédiaire du raccord 24 par le groupe d'aspiration 13. On obtient donc aiPsi d'une part l'oxyde de vanadium et de l'autre part la chamotte. Dans le cas précis d'une caisse de catalyse ayant un dianètre de l'ordre de 10 m une hauteur de 11,5 m et comportant 45 m3 de masse catalytique par niveau, en utilisant un groupe d'aspiration ayant un débit de l'ordre de 1500 Nm3/h, une dépression de 4,50 m l'ensemble de l'opération prélèvement et tri prend environ le tiers du temps nécessité par les procédés classiques. I1 faut noter en outre que la mise en oeuvre de ces dispositifs ne nécessite la présence que de deux opérateurs.Enfin, on n'observe aucune mise à l'air de poussière ou de vapeur toxique et l'oxyde de vanadium n'est pratiquement pas abîmés REVENDICATIONS 1. Dispositif destiné à la séparation de matériaux solides en vrac notamment un catalyseur solide et un support réfractaire, caractérisé en ce qu'il comporte en combinaison : - un ensemble d'aspiration constitué d'un bec d'aspiration en liaison pneumatique avec l'intérieur d'un réservoir de grande capacité mis en dépression par un groupe d'aspiration - un ensemble de criblage constitué d'un crible maintenu sous dépression, l'entrée du crible étant en communication avec la partie inférieure du réservoir de grande capacité par l'inter médiaire d'une vanne dont l'ouverture et la fermeture sont asservies à des moyens de détection de l'étant de remplissage dudit réservoir et les sorties du crible étant en liaison avec chacune un dispositif de recueil des matériaux criblés. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le réservoir de grande capacité est constitué d'une partie supérieure sensiblement cylindrique et d'une partie inférieure sensiblement conique dont la base se raccorde à la base du cylindre de la partie supérieure et en ce que le bec d'aspiration débouche dans la paroi latérale à la partie supérieure du cylindre, et en ce que le groupe d'aspiration est connecté à la base supérieure du cylindre. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le bec d'aspiration est raccordé au réservoir par une portion conique. 4. Dispositif selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que la portion de paroi intérieure du réservoir diamétralement opposée à l'endroit ou débouche le bec d'aspiration est revêtue d'une matière amortissant les chocs. 5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le crible est un crible vibrant incliné dont la partie supérieure d'entrée est raccordée 'à la vanne par l'intermédiaire d'une manchette souple. 6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la connexion du groupe de mise en dépression du crible est située à la partie inférieure du crible afin d'aspirer les poussières criblées du mélange. 7. Application du dispositif selon l'une des revendications précédentes à la séparation d'une masse catalytique comprenant essentiellement de la chamotte et de l'oxyde de vanadium.