Brevet FR2602433A1 — publié le 19880212

La présente invention est dans le domaine du noir de carbone. Plus particulièrement, elle se rapporte à la production d'un mélange homogène de divers types de noir de carbone pour favoriser un débit constant du noir de carbone dans une machine de pelletisation. La combustion incomplète à haute température d'un hydrocarbure tel que le pétrole, le gaz naturel et autres matériaux bien connus produit le noir de carbone. Lorsqu'il est séparé des gaz de la réaction, le produit est une poudre 10 légère de noir de carbone. Dans un procédé typique au four pour la production de noir de carbone, on fait réagir un combustible, un oxydant tel que l'air et une charge d'alimentation, pour produire un courant chaud de gaz de combustion contenant le noir de carbone. Le courant de gaz de combustion est alors refroidi rapidement à une température plus faible au moyen d'un jet d'eau. Le noir est séparé du courant de gaz o il est en suspension par des techniques connues, par exemple par des cyclones et des filtres, puis est transporté à une machine de 20 pelletisation pour un séchage subséquent. Souvent, un réservoir de stockage à court terme, appelé réservoir d'équilibrage, est placé entre l'équipement collecteur et l'équipement de pelletisation pour aider à produire une alimentation stable en noir de carbone vers la machine de pelletisation. Un réservoir typique a une hauteur de 3-3,5 m, la partie supérieure de ce réservoir étant cylindrique, ayant un diamètre d'environ 2,7 m. La hauteur de la partie cylindrique du réservoir représente environ 3/4 de la hauteur totale du réservoir. La partie inférieure restante du réservoir a la forme d'un cône tronqué, avec un diamètre diminuant de 2,7 m à la partie la plus haute du cône à 1,371,83 m au fond plat du réservoir. Le noir de carbone, qui peut avoir la forme d'une poudre sèche, d'une poudre humide et/ou de boulettes retraitées, entre au sommet du réservoir et est 35 émis à travers des sorties au fond du réservoir vers une ou plusieurs machines de pelletisation o le noir de carbone est mis en forme de boulettes. Le noir de carbone peut être mis en forme de boulettes par la technique bien connue de pelletisation à l'état humide La pelletisation à l'état humide est un procédé par lequel le matériau de noir de carbone est formé en perles ou boulettes 5 ayant des caractéristiques de densité accrue, de résistance cohésive et de ne pas former de poussière. Dans ce procédé, le noir de carbone est mouillé, usuellement & l'eau, et est soumis à agitation dans une machine conventionnelle de pelletisation. L'un des problèmes majeurs de contrôle dans 10 la pelletisation à l'état humide du noir de carbone est le maintien d'un équilibre approprié des débits massiques du liquide de pelletisation et de la poudre de noir de carbone que l'on injecte dans la machine de pelletisation de manière à obtenir une teneur optimale en humidité dans les boulettes. 15 Il n'est pas difficile de contrôler le débit massique du liquide de pelletisation car la densité du liquide ne change pas de manière remarquable. Le débit volumétrique du noir de carbone peut également être contrôlé précisément. Cependant, des variations de la densité du noir de carbone sontsouvent 20 significatives et se produisent fréquemment. Ces variations de la densité du noir de carbone dans le réservoir d'équilibrage peuvent forcer le débit massique du noir de carbone du réservoir d'équilibrage à la machine de pelletisation à fluctuer. Cette fluctuation du débit massique peut forcer 25 la teneur en humidité dans les boulettes résultantes de noir de carbone à varier. On a utilisé un grand nombre de types d'équipement pour introduire de la poudre de noir de carbone du réservoir d'équilibrage à la machine de pelletisation, mais aucun n'a donné un débit massique stable et sûr du noir 30 de carbone du réservoir d'équilibrage à la machine de pelletisation. La présente invention se rapporte à un procédé et à un appareil pour le mélange et l'agitation de divers types de noir de carbone dans un réservoir d'équilibrage afin de produire un mélange plus uniforme du noir de carbone ayant une densité plus uniforme. En produisant, dans le réservoir d'équilibrage,un tel mélange de noir de carbone, cela permet de fournir, à la machine de pelletisation, un débit massique plus uniforme et plus stable du noir de carbone. En général, le procédé comporte les opérations suivantes. Le noir de carbone est soumis à agitation sur au moins deux niveaux verticaux séparés du réservoir d'équilibrage. Le noir de carbone au fond du réservoir est élevé par un moyen élévateur; le noir de carbone est poussé au loin du centre du 10 réservoir vers la ou les sorties au fond du réservoir; et l'agglutination du noir de carbone sur la paroi du réservoir est minimisée, et la croûte pouvant s'être formée sur la paroi est enlevée par un moyen de raclage qui tourne très près de la paroi du réservoir. Un appareil approprié à la mise en oeuvre du procédé selon l'invention se compose des éléments suivants, qui sont à l'intérieur du réservoir d'équilibrage. Les éléments sont formés en acier inoxydable ou tout autre matériau d'une résistance suffisante de manière identique, qui ne contamineront 20 pas le noir de carbone. 1) Des pales horizontales sont attachées à un arbre rotatif vertical, les pales horizontales étant placées à au moins deux niveaux de l'arbre vertical, le plus bas étant suffisamment près du fond du réservoir pour que la rotation 25 des pales maintienne le noir de carbone au fond du réservoir en mouvement. Les plus hautes pales horizontales sont placées à un niveau suffisamment bas pour ne pas interférer avec des sondes verticales qui s'étendent vers le bas, à partir du réservoir, dans le but de mesurer le niveau du noir 30 de carbone dans le réservoir. 2) Des élévateurs sont attachés aux extrémités des pales horizontales les plus proches du fond du réservoir pour élever le noir de carbone qui est placé au fond du réservoir, les élévateurs étant dirigés dans la direction du mouvement des pales horizontales et de préférence en angle verticalement à 45 relativement à la pale horizontale. 3) Des racleurs latéraux verticaux ou hélicoïdaux s'étendent de et sont attachés aux extrémités des pales horizontales coaxiales les plus basses, ils sont conformes à la forme de la paroi du réservoir et sont attachés aux extrémités correspondantes des pales horizontales coaxiales les plus hautes, ces racleurs latéraux tournant suffisamment près de la paroi du réservoir pour enlever la croute de noir de carbone qui peut s'être formée et/ou minimiser l'accumulation du noir de carbone sur la paroi du réservoir, ces racleurs 10 étant de préférence placés à 5 cm de la paroi du réservoir, les bords des racleurs latéraux pouvant également être en biseau dans la direction du mouvement des racleurs latéraux. 4) Des palettes de roue ayant la forme de courbes en spirale sont attachées à l'arbre vertical juste au-dessus des 15 pales horizontales les plus basses; les extrémités externes des palettes de roue sont supportées par et connectées à des barres dressées, lesquelles barres sont connectées aux extrémités des pales horizontales qui sont les plus proches du fond du réservoir et aux extrémités du groupe supérieur suivant de pales horizontales coaxiales; les palettes de roue s'étendent jusqu'aux bords des sorties du réservoir; chaque segment de rotation des palettes de roue provoque un mouvement égal du noir de carbone au loin du centre du réservoir et vers les bords des sorties du réservoir. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés 30 donnés uniquement à titre d'exemple illustrant un mode de réalisation de l'invention, et dans lesquels: La figure 1 est une vue en élévation frontale, partiellement en coupe, d'un réservoir d'équilibrage; La figure 2 est une vue en élévation latérale, partiellement en coupe, du réservoir d'équilibrage montré à la figure 1; La figure 3 est unie vue détaillée d'un élévateur employé avec le réservoir d'équilibrage; La figure 4 est une vue en plan des éléments de mélange du réservoir d'équilibrage; La figure 5 est une vue détaillée d'une palette de roue. Le procédé pour le mélange et l'agitation de noir de carbone dans un réservoir d'équilibrage consiste à soumettre le noir de carbone à agitation à au moins deux niveaux verticaux séparés dans le réservoir, le plus bas de ces niveaux étant suffisamment proche du fond du réservoir pour maintenir le noir de carbone placé au fond du réservoir en mouvement; à élever le noir de carbone situé à proximité du fond du réservoir; à éloigner le noir de carbone du centre du réservoir et vers la ou les sorties du réservoir; et à minimiser l'accumulation du noir de carbone sur la paroi du réservoir d'équilibrage et/ou à enlever la croûte de noir de carbone de la paroi du réservoir, pouvant être déjà formée. Le noir de carbone est soumis à agitation par tout moyen approprié comme des pales horizontales coaxiales qui sont attachées à un arbre vertical rotatif dans le réservoir d'équilibrage. Les pales horizontales sont placées sur au moins deux niveaux du réservoir, le groupe le plus bas de pales coaxiales étant suffisamment proche du fond du réservoir pour que la rotation des pales maintienne le noir de carbone 25 placé au fond du réservoir en mouvement. Le niveau vertical auquel les pales horizontales les plus hautes peuvent être placées est limité par la profondeur à laquelle des sondes verticales, qui sont placées dans un réservoir d'équilibrage typique pour mesurer les niveaux du 30 noir de carbone dans le réservoir, s'étendent vers le bas à partir du sommet du réservoir. Les pales horizontales les plus hautes ne peuvent être placées à une hauteur pouvant provoquer une interférence avec les sondes. Ces sondes verticales sont nécessaires pour surveiller le niveau du noir 35 de carbone dans le réservoir d'équilibrage. De préférence, le groupe le plus haut de pales horizontales coaxiales doit être placé au niveau supérieur du tiers inférieur du réservoir d'équilibrage pour assurer une agitation complète du mélange de noir de carbone immédiatement avant entrée dans la machine de pelletisation. Le noir de carbone situé près du fond du réservoir est élevé par des élévateurs qui sont attachés aux extrémités des pales horizontales les plus proches du fond du réservoir. Le noir de carbone est simultanément élevé par les élévateurs 10 et soumis à agitation par les pales horizontales. Les élévateurs sont dirigés dans la direction de rotation des pales. L'agglutination du noir de carbone sur la paroi du réservoir est minimisée et la croûte de noir de carbone 15 pouvant s'être formée est enlevée au moyen de racleurs latéraux. Les racleurs sont soit verticaux ou hélicoïdaux, s'étendent vers l'extérieur et suivent la forme du réservoir. Les racleurs sont attachés aux extrémités des pales horizontales coaxiales qui sont les plus proches du fond du 20 réservoir et aux extrémités des pales horizontales les plus hautes. Les racleurs s'étendent suffisamment près de la paroi du réservoir pour enlever l'agglutination du noir de carbone de la paroi du réservoir pouvant s'être formée et/ou pour minimiser l'agglutination du noir de carbone sur la paroi du réservoir. Les racleurs doivent,de préférenceeêtre placés à 5 cm de la paroi du réservoir. Les bords des racleurs latéraux peuvent également être en biseau dans la direction de leur mouvement. Le noir de carbone est déplacé du centre du réservoir vers la ou les sorties par un moyen-approprié comme des palettes de roue. Dans un mode de réalisation spécifique, les palettes de roue ont la forme de courbes en spirale et sont attachées à l'arbre vertical rotatif juste au-dessus des pales horizontales les plus basses. Les palettes sont supportées au moyen de barres verticales dressées, dont les extrémités sont attachées au groupe le plus bas de pales horizontales et au groupe de pales horizontales coaxiales qui est au niveau vertical plus haut suivant. La figure 1 illustre un réservoir d'équilibrage 12 en acier inoxydable qui contient les éléments de la présente invention. Le noir de carbone entre dans le réservoir d'équilibrage par l'ouverture 14. La ventilation de l'air dans le réservoir d'équilibrage se fait par l'avant 16. Les sondes 17, 18, 19, 22 et 24 mesurent le niveau du noir de carbone dans le réservoir d'équilibrage 12. Un arbre vertical 10 rotatif 26 est placé au centre du réservoir d'équilibrage. L'arbre se compose d'une âme interne en fer 27 et d'une chemise externe en acier inoxydable 25. L'arbre rotatif est placé, à travers une ouverture 28, au centre du sommet 30 du réservoir d'équilibrage et il s'étend vers le bas à travers 15 ce centre, en passant par l'ouverture 32 au fond 34 du réservoir 12. A l'arbre rotatif 10 sont attachés quatre groupes de pales horizontales coaxiales 36, 42, 48 et 54. Le groupe le plus haut de pales horizontales 36 se compose des pales horizontales 38 et 40. Les pales horizontales 38 et 40 sont attachées au moyen de boulons sur une plaque en métal 56 qui est soudée à l'arbre vertical 26. Les pales horizontales 38 et 40 sont coaxiales et s'étendent vers l'extérieur, vers des points opposés de la paroi cylindrique du réservoir. Le groupe suivant de pales horizontales 42 est placé à peu près à michemin entre le groupe le plus haut de pales horizontales 36 et les groupes les plus bas de pales horizontales 48 et 54. Les pales horizontales 44 et 46 du groupe 42 (voir figure 2) sont à angle droit relativement 30 aux pales correspondantes 38 et 40 du groupe 36. Les pales horizontales 44 et 46 sont attachées au moyen d'écrous et de boulons à la plaque en métal 58, cette plaque étant soudée sur l'arbre vertical rotatif 26. Il y a deux groupes de pales horizontales 48 et 54 qui 35 sont placés au même niveau sur l'arbre vertical 26 à proximité du fond 34 du réservoir d'équilibrage 12. Ces groupes de pales horizontales 48 et 54 sont suffisamment proches du fond du réservoir pour que leur rotation maintienne le noir de carbone au fond du réservoir en agitation. Cette distance est usuellement d'environ 25 mm & partir du fond du réservoir. Le groupe de pales horizontales 54 est parallèle au groupe 42 (voir figure 2) et le aroupe de pales 48 est parallèle au groupe le plus haut de pales horizontales 36. Le groupe de pales horizontales 48 se compose de deux pales 50 et 52 qui sont attachées au moyen de boulons et d'écrous, à la plaque 62, qui est soudée à l'arbre vertical rotatif 26. Les pales horizontales 50 et 52 s'étendent vers l'extérieur, vers des points opposés de la paroi du réservoir 12. Le groupe de pales horizontales 54 (voir figure 2) se compose de pales 64 15 et 66 attachées par des écrous et des boulons à la plaque 68 qui est soudée sur l'arbre vertical 26. Les pales horizontales 64 et 66 s'étendent vers des points opposés le long de la paroi du réservoir. La figure 3 illustre un élévateur attaché à une pale 20 horizontale. Une barre 72 en acier inoxydable est soudée à l'extrémité de la pale horizontale 69. L'élévateur 74 est alors soudé, vers le haut, à un angle de 45 relativement à la' pale horizontale sur la surface supérieure de la pale horizontale et sur le bord de la barre 72. L'élévateur 74 est 25 dirigé verticalement dans la direction du mouvement de la pale horizontale. A l'extrémité de la pale horizontale 50 de la figure 1 est soudé un racleur latéral 76 qui s'étend vers l'extérieur et suit le contour de la paroi du réservoir. Le 30 racleur latéral 76 s'étend vers le haut et le long de la paroi du réservoir pour former un coude à 90 immédiatement endessous de la pale horizontale 38. L'extrémité du racleur 76 est attachée à l'extrémité de la pale horizontale 38 au moyen d'écrous et de boulons. Le racleur latéral 76 est suffisamment proche de la paroi du réservoir pour enlever la croûte du noir de carbone pouvant s'être formée sur la paroi du réservoir et/ou pour minimiser la formation d'une agglutination du noir de carbone sur la paroi du réservoir 12. Dans ce cas, le racleur 76 est placé & 50 mm de la paroi du réservoir. D'une manière semblable, le racleur latéral 78 s'étend vers l'extérieur et est soudé à l'extrémité de la pale horizontale 52. Le racleur 78 forme un coude à 90 vers l'arbre vertical 26 immédiatement en-dessous de la pale horizontale 40. L'extrémité du racleur est attachée à l'extrémité de la pale horizontale 40 au moyen d'écrous et de boulons. Sur la figure 2, deux palettes de roue en forme de spirale 82, 84 sont placées entre le groupe le plus bas de pales horizontales et le groupe suivant de pales horizontales 15 42. Les palettes de roue sont soudées sur l'arbre vertical 26 de manière que, tandis que celui-ci tourne, les palettes tournent dans la direction de leur partie convexe. Les palettes de roue (voir figure 4) s'étendent vers l'extérieur de l'arbre vertical 26 jusqu'au bord interne des sorties 86 20 et 88 du réservoir, c'est-à-dire jusqu'au bord de la sortie du réservoir qui est la plus proche de l'arbre vertical 26. Les palettes de roue sont placées de manière que leur largeur soit verticale. La forme géométrique de la courbe en spirale de la palette de roue est déterminée par la circonférence du manchon externe 25 de l'arbre vertical 26. Les points extrêmes 83 et 85 de la partie convexe des palettes de roue en spirale s'étendent jusqu'aux bords internes 87 et 89 des sorties du réservoir. Pour une meilleure explication du procédé de conception d'une courbe en spirale, 30 on peut se référer à Chemical Engineer's Handbook, Textbook Edition, Perry J. H. Ed., 3ème Edition, page 62 (McGraw Hill, 1950), dont les enseignements sont incorporés ici à titre de référence. Les palettes de roue sont supportées à leurs extrémités 35 par des barres verticales 90, 92 (voir figure 2). Les extrémités de la barre verticale 90 sont attachées aux pales horizontales 44 et 64. L'extrémité de la palette de roue 82 est attachée à et est supporté par la barre verticale 90. Les extrémités de la barre verticale 92 sont attachées aux pales 5 horizontales 46 et 66. L'extrémité de la palette de roue 84 est attachée à et est supporté par la barre verticale 92. La figure 5 illustre une technique de fixation d'une palette de roue & une barre verticale de support. Une extrémité de la barie verticale de support 90 est soudée au bas de la pale horizontale 44 et l'autre extrémité de la barre 90 est soudée au sommet de la pale horizontale 64. Deux bandes d'acier inoxydable 96 et 98 sont soudées aux bords supérieur et inférieur, respectivement, de la palette de roue 82 à l'extrémité de celle-ci qui est la plus 15 éloignée de l'arbre vertical 26. Les bandes d'acier inoxydable s'étendent vers la barre verticale de support 90 et sont soudées perpendiculairement au côté de la barre. Un support additionnel est formé par un couvercle rectangulaire 100 en acier inoxydable. Le couvercle 100 s'adapte 20 de manière très précise dans la structure rectangulaire de support qui est formée par les bandes d'acier inoxydable 96 et 98 qui sont soudées sur la palette de roue 82 et la barre verticale de support 90. Les bords du couvercle 100 s'adaptent dans la structure rectangulaire de support à laquelle ils sont soudés. Le couvercle sert à empêcher la palette de roue d'être déformée par suite du déplacement du noir de carbone. l1 R E V E N D I CA T I 0 N S 1. Procédé pour le mélange et l'agitation de divers types de noir de carbone dans un réservoir d'équilibrage ayant un ou plusieurs orifices d'entrée et un ou plusieurs orifices de sortie, caractérisé en ce qu'il consiste à: a) soumettre le noir de carbone à agitation sur au moins deux niveaux verticaux séparés dans le réservoir d'équilibrage, le niveau le plus bas étant suffisamment proche du fond du réservoir d'équilibrage pour maintenir le noir de carbone placé au fond du réservoir en mouvement; 10 b) élever le noir de carbone à proximité du fond du réservoir; c) déplacer selon un mouvement égal le noir de carbone au loin du centre du réservoir et vers la ou les sorties du réservoir; d) enlever le noir de carbone agglutiné de la paroi du réservoir d'équilibrage, et/ou minimiser l'agglutination du noir de carbone sur la paroi du réservoir. 2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que: a) le noir de carbone est soumis à agitation par au moins deux groupes de pales horizontales coaxiales attachées à un arbre rotatif vertical placé au centre, lesdites pales étant placées à au moins deux niveaux, les plus basses étant suffisamment proches du fond du réservoir 25 pour y soumettre le noir de carbone à agitation lors de la rotation de la pale; b) le noir de carbone a proximité du fond du réservoir est élevé; c) le noir de carbone est déplacé au loin du 30 centre du réservoir d'équilibrage et vers sa ou ses sorties, au moyen de palettes de roue attachées à l'arbre vertical au-dessus des pales horizontales les plus basses, lesdites palettes ayant la forme de courbes telles que chaque segment de rotation des palettes provoque un mouvement égal 35 du noir de carbone au loin du centre du réservoir et vers les bords des sorties du réservoir, lesdits palettes s'étendant jusqu'aux bords internes du ou des orifices de sortie du réservoir; d) le noir de carbone agglutiné est enlevé de la paroi du réservoir d'équilibrage et/ou on diminue l'agglu5 tination du noir de carbone sur cette paroi au moyen de racleurs latéraux, qui sont attachés aux extrémités des pales horizontales les plus basses et suivent la forme de la paroi du réservoir. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en 10 ce que les élévateurs sont attachés à un angle de 450 au côté supérieur des pales horizontales et sont dirigés dans la direction du mouvement desdites pales. 4. Dispositif pour le mélange et l'agitation de divers types de noir de carbone dans un réservoir d'équilibrage, 15 caractérisé en ce qu'il comprend: a) un arbre rotatif vertical (26) placé centralement dans le réservoir d'équilibrage (12); b) au moins deux groupes de pales horizontales (a8,54) attachées audit arbre rotatif à des niveaux diffé20 rents, chaque groupe de pales se composant de deux pales coaxiales s'étendant vers l'extérieur, vers des points opposés sur la paroi du réservoir d'équilibrage, le groupe le plus bas des pales horizontales étant suffisamment proche du fond du réservoir pour que le noir de carbone au fond dudit réservoir soit soumis à agitation et maintenu en mouvement lors de la rotation desdites pales; c) des élévateurs (74) attachés aux pales horizontales les plus basses; d) des racleurs Iatéraux (76) attachés aux extré30 mités des groupes le plus bas et le plus haut de pales horizontales, lesdits racleurs s'étendant verticalement le long de et suivant la forme de la paroi du réservoir, lesdits racleurs latéraux tournant suffisamment près de la paroi du réservoir pour minimiser l'agglutination du noir 35 de carbone sur cette paroi et/ou pour en enlever le noir de carbone agglutiné; e) des palettes de roue (82, 84) attachées à l'arbre vertical en un point au-dessus du groupe le plus bas de pales horizontales et en-dessous du groupe plus haut suivant de pales horizontales, lesdites palettes de 5 roue ayant la forme de courbes telles que chaque segment de rotation des palettes provoque un mouvement égal du noir de carbone au loin du centre du réservoir et vers les bords des sorties du réservoir, lesdits palettes s'étendant jusqu'aux bords internes de la ou des sorties du réservoir. 10 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que les élévateurs précités sont attachés aux extrémités des pales horizontales les plus basses, vers le haut, à un angle de 450 relativement auxdites pales horizontales et sont dirigés dans la direction du mouvement desdites pales horizontales.