Brevet FR2641263A1 — publié le 19900706

-- _2641263 La présente invention concerne un nouveau tuyau adapté au transport pneumatique de particules de polymère, ainsi qu'un procédé de transport pneumatique. Dans les installations de fabrication de polymère et/ou de transformation de polymère en granulés ou en objets finis, il est connu de transporter pneumatiquement des particules de polymère telles que des poudres, des billes ou des granulés. Ces particules de polymère sont transportées à l'aide d'un gaz vecteur dans une tuyauterie constituée d'un assemblage de tuyaux caractérisés par une section transversale constante et plus particulièrement par une section circulaire de diamètre constant. Cependant durant le transport du polymèreon observe à l'intérieur des tuyauteries une formation de fils ou de filaments qui perturbent le transport et la transformation de ce polymère. La formation de fils ou de filaments est essentiellement due à des dégradations ou des effritements des particules de polymère. Ces dégradations ou ces effritements se produisent lors de frottements des particules entre elles ou sur les parois des tuyauteriesavec début de fusion du polymère, notamment dans des zones o l'écoulement peut être de type laminaire. On observe généralement ces phénomènes>lorsqu'on transporte des particules chaudes de polymèreou lorsque les particules sont transportées à l'aide d'un gaz vecteur chaud. Pour minimiser la dégradation ou l'effritement des particules de polymère lors de leur transport, il a déjà été proposé d'utiliser des tuyaux ayant une surface interne rugueuse ou comportant des entailles formées dans leur paroi interne. En particulier, les tuyaux peuvent comporter sur leur surface interne des entailles circulaires ou hélicoïdales qui peuvent être réalisées à l'aide d'un dispositif spécial qui se déplace à l'intérieur de ces tuyaux. De ce fait, il est impossible de réaliser de tels tuyaux dans une installation déjà existante. Par ailleurs durant le transport du polymère, les entailles peuvent se remplir de particules de polymère et peuvent de ce fait perdre leur effet sur le transport des particules. De plus, le polymère transporté dans de tels tuyaux peut être contaminé par un autre polymère qui a été précédemment transporté dans ces tuyaux et qui est d'une qualité différente. -2: 12641263 Il a été maintenant trouvé un nouveau tuyau pour le transport pneumatique de particules solides de polymère qui permet d'éviter les inconvénients cités auparavant. En particulier lors de son utilisation, il évite la formation de fils ou de filaments de polymère, notamment lorsqu'il est utilisé pour transporter un polymère chaud ou un polymère au moyen d'un gaz vecteur chaud. Ce nouveau tuyau présente l'intérêt d'être facile à réaliser à l'aide d'un dispositif simple. Il présente également l'intérêt de pouvoir être réalisé sur des tuyaux d'une installation déjà existante. La présente invention a donc pour objet un tuyau cylindrique de diamètre interne d, destiné au transport pneumatique de particules solides de polymère, caractérisé en ce qu'il comporte des étranglements disposés sur toute sa longueur, de telle façon que la distance 1 entre deux étranglements consécutifs est comprise entre d et 10 x d. La figure 1 représente schématiquement une coupe longitu- dinale d'un tuyau comportant des étranglements. La figure 2 représente schématiquement un étranglement selon une coupe longitudinale du tuyau. Les figures 3 et 4 représentent schématiquement deux types d'étranglement différents selon une coupe transversale C C du tuyau représenté à la figure 1. Selon la présente invention, il est essentiel que la distance 1 entre deux étranglements consécutifs soit suffisamment courte pour éviter la formation de fils ou de filaments. Lorsqu'un tuyau cylindrique a un diamètre interne d, la distance 1 est généralement comprise entre d et 10 x d et de préférence entre 1,5 x d et 5 x d. Avantageusementles étranglements sont disposés régulièrement sur la longueur du tuyau selon une distance 1 constante. La figure 1 représente schématiquement une coupe longitudinale d'un tuyau cylindrique selon la présente invention, tuyau qui a une épaisseur e, un diamètre interne d et qui comporte des étranglements disposés régulièrement selon une distance 1 égale à 2 x d. - 3 -2641263 Selon la présente invention, un étranglement consiste en une restriction de la surface circulaire interne S de la section transversale du tuyau. A chaque étranglement, la nouvelle surface interne S' de la section transversale du tuyau, utile pour le passage du polymère, peut être avantageusement comprise entre 0,900 x S et 0,995 x S et plus particulièrement entre 0,95 x S et 0,99 x S. De préférence, on réalise un étranglement de façon symétrique à l'axe longitudinal du tuyau cylindrique. Ceci permet d'éviter lors de la réalisation du tuyau l'apparition de contraintes mécaniques qui peuvent engendrer des déformations du tuyau. En conséquence, à chaque étranglement de ce type, on obtient une surface interne S' symétrique par rapport à l'axe longitudinal du tuyau. Un étranglement du tuyau cylindrique peut en particulier consister en une restriction symétrique et uniforme de la surface circulaire S, de façon à obtenir une nouvelle surface S' circulaire concentrique à la surface S. Ce type d'étranglement est particulièrement adapté pour un tuyau disposé verticalement dans une installation de transport pneumatique de polymère. La figure 3 représente schématiquement un étranglement consistant en une restriction symétrique et uniforme, selon une coupe transversale d'un tuyau ayant une épaisseur e et un diamètre interne d. Cet étranglement définit une surface S' circulaire de diamètre d'. L'étranglement du tuyau cylindique peut également consister en une restriction non uniforme de la surface circulaire S. En particulier,il peut être réalisé de façon à obtenir une surface S' comportant une partie restreinte et un ou plusieurs passages libres non restreints, délimités par des secteurs circulaires de la surface S. Les secteurs circulaires ont un sommet situé sur l'axe du tuyau et un angle au sommet allant de 5 à 600. Ce type d'étranglement comportant au moins un passage non restreint peut convenir pour tout tuyau d'une installation de transport pneumatique de polymère. Toutefoisce type d'étranglement est particulièrement recommandé pour un tuyau horizontal ou incliné, de telle sorte l'axe du tuyau fasse avec le plan horizontal un angle inférieur à environ 80 . Dans un tel tuyauun passage libre non restreint est disposé avantageusement au point le plus bas de 4 - 2641263 chaque étranglement. La partie restreinte a pour effet d'arrêter ou de ralentir les particules qui tendent alors à tomber par gravité au point le plus bas de l'étranglement. Le passage libre non restreint permet à ces dernières particules d'être remises en circulation. La figure 4 représente schématiquement un étranglement non uniforme d'un tuyau cylindrique ayant une épaisseur e et un diamètre interne d. Cet étranglement définit une surface S' comportant: - une zone restreinte délimitée par deux secteurs circulaires (1) et (2) qui sont symétriques par rapport à leur sommet 0 et qui ont chacun un angle au sommet de 150 et un rayon d'/2, et - une zone non restreinte délimitée par deux secteurs circulaires (3) et (4) laissant un passage libre respectivement aux points le plus haut- et le plus bas de l'étranglement, ces secteurs étant symétriques par rapport à leur sommet 0 et ayant chacun un angle au sommet de 30 et un rayon d/2. Le tuyau dé transport pneumatiqueselon l'invention>peut être constitué en un métal léger tel que l'aluminium, en un alliage d'un métal léger, en acier ou encore en acier inoxydable. Ce tuyau a un diamètre interne d qui est choisi en fonction de la quantité de polymère à transporter. Le diamètre d est généralement compris entre 5 et 30 cm et de préférence entre 18 et 25 cm. Ce tuyau a une paroi d'épaisseur e qui peut être de 1 à 5 mm et de préférence de 2 à 3 mm. Les étranglements du tuyau ont avantageusement une surface interne qui ne comporte aucune partie anguleuse. A titre d'exemple, la figure 2 représente schématiquement un étranglement selon une coupe longitudinale d'un tuyau d'épaisseur e, tel que représenté à la figure 1. Cet étranglement correspond à un enfoncement circulaire du tuyau qui déforme ses surfaces interne et externe selon deux demi-cercles (5) et (6) de rayon e/2 et qui laisse inchangée son épaisseur e. Les étranglements peuvent être réalisés par une simple pression exercée extérieurement sur la surface externe de la paroi du tuyau. Selon le type d'étranglement à réaliser la pression exercée peut se faire sur la totalité ou sur une partie du pourtour de la section - 5-2641263 transversale. Les étranglements sont réalisés au moyen de tout procédé connu qui permet de diminuer le diamètre d'un tube, en particulier par martelage, ou par un procédé de retreinte mettant en oeuvre un appareil muni d'une molette actionnée par un levier. L'invention concerne également un procédé de transport pneumatique de particules solides de polymère au moyen de tuyaux selon l'invention. Ce procédé est caractérisé en ce que les particules de polymère sont transportées à l'aide d'un gaz vecteur ayant une pression relative comprise entre 10 et 100 kPa, une température inférieure de 5 C à la température de fusion du polymère et une vitesse suffisante pour assurer un écoulement turbulent du mélange constitué par le gaz vecteur et les particules. Le gaz vecteur peut être de l'air, de l'azote, ou un mélange de gaz pouvant contenir des monomères, des hydrocarbures saturés ou insaturés, de la vapeur d'eau, de l'hydrogène, de l'azote ou de l'oxygène. Le gaz vecteur peut circuler à une vitesse comprise entre m/s et 40 m/s dans un tuyau ayant un diamètre interne d compris entre 5 et 30 cm. L'utilisation du tuyau de la présente invention dans une installation de transport pneumatique de polymère permet d'éviter la formation de fils ou de filaments, et présente l'avantage de favoriser les écoulements de type turbulent. Par ailleurson constate d'une manière surprenante que grâce à ce tuyau la quantité de polymère transportée pour une même quantité de gaz vecteur est augmentée de 10 à 20 %. Le polymère se présente généralement sous forme d'une poudre constituée de particules ayant un diamètre moyen allant de 200 à 2000 microns, ou avantageusement sous forme de billes ou de granulés ayant un diamètre moyen allant de 2 à 4 mm. Lorsque le polymère circule dans un tuyau selon la présente invention, la température du polymère peut être inférieure de 5 C à sa température de fusion. Le tuyau selon l'invention peut être utilisé dans des tuyauteries pour transporter une grande variété de polymère, en particulier du polyester, du polystyrène, du polychlorure de vinyle et des polyoléfines telles que le polypropylène, le polyéthylène de haute -6- 2641263 ou basse densité, le polyéthylène de basse densité linéaire et les copolymères de l'éthylène ou du propylène. Ces polymères peuvent contenir des additifs, notamment des agents collants, tels que du polypropylène atactique ou du polybutène. Le tuyau de l'invention convient pour transporter des granulés de polyéthylène de basse densité ou de basse densité linéaire, des granulés de copolymères de type EPR ou EPDM, et plus particulièrement des granulés de polyéthylène ayant un indice de fusion supérieur ou égal à 0,5 g/10 minutes, mesuré à 190 C sous une charge de 2,16 kg. L'exemple suivant illustre.la présente invention. Exemple Dans une installation de fabrication de polyéthylène de basse densité linéaire, comprenant notamment un réacteur de polymérisation et une extrudeuse destinée à granuler le polymère produit, on transporte pneumatiquement des granulés d'un copolymère d'éthylène et de butène-1, de densité 0,918, d'indice de fusion de 1 g/10 minutes mesuré à 1900 C sous une charge de 2,16 kg, et ayant une température de fusion voisine de 110 C à 123 C. Ces granulés ont un diamètre moyen de 3 mm et une température d'environ 60 C. Ils sont transportés pneumatiquement dans une tuyauterie à l'aide d'air à 20 C, ayant une pression relative de 40 kPa et une vitesse qui varie de m/s à 25 m/s entre le début et la fin de la tuyauterie. La tuyauterie est constituée d'un assemblage de tuyaux cylindriques en aluminium représentés schématiquement par -les figures 1, 2, 3 et 4. Les tuyaux ont une épaisseur e de'2,5 mm et un diamètre interne d de 250 mm. La section transversale d'un tuyau a donc une surface circulaire S utile pour le passage des granulés égale à 491 cm2. Les tuyaux possèdent des étranglements qui sont régulièrement espacés les uns des autres selon une distance 1 de 500 mm. Lorsque ce tuyau est disposé verticalement dans l'installation, chaque étranglement tel que représenté à la figure 3 consiste en une restriction uniforme de la surface S de la section transversale intérieure du tuyau. Il est réalisé de façon que la 7- 7-2641263 nouvelle section transversale du tuyau possède un diamètre d' de 247,5 mm et donc une surface S' utile pour le passage des granulés de 481 cm2. Lorsque ce tuyau n'est pas disposé verticalement, chaque étranglement tel que représenté à la figure 4 consiste en une restriction non uniforme de la surface S de la section transversale intérieure du tuyau. Il est réalisé de façon que la nouvelle section transversale du tuyau comporte: * une zone restreinte délimitée par deux secteurs circulaires (1) et (2) ayant chacun un angle au sommet de 150 C et un rayon de 124 mm et o une zone non restreinte délimitée par deux secteurs circulaires (3) et (4) ayant chacun un angle au sommet de 30 et un rayon de 125 mm. Ainsi, la nouvelle section transversale du tuyau a une surface S' de 482,5 cm2. Dans ces conditions, on constate aucune formation de fil ou de filament de polymère, lorsqu'on transporte pneumatiquement les granulés dans cette tuyauterie. -8- 2641263 REVENDICATIONS 1. Tuyau cylindrique de diamètre interne d, destiné au transport pneumatique de particules solides de polymère, caractérisé en ce qu'il comporte des étranglements disposés sur sa longueurde telle façon que la distance 1 entre deux étranglements consécutifs est comprise entre d et 10 x d. 2. Tuyau selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un étranglement consiste en une restriction de la surface interne S de la section transversale du tuyau, restriction définissant une nouvelle surface interne S' comprise entre 0,900 x S et 0,995 x S. 3. Tuyau selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un étranglement consiste en une restriction de la surface interne de la section transversale du tuyau, restriction qui est symétrique par rapport à l'axe du tuyau. - 4. Tuyau selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un étranglement consiste en une restriction uniforme de la surface S interne de la section transversale du tuyau, restriction définissant une nouvelle surface circulaire interne S' concentrique à la surface S. 5. Tuyau selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un étranglement consiste en une restriction non uniforme de la surface S de la section tranvsersale du tuyau et comporte un ou plusieurs passages libres non restreints. 6. Installation de transport pneumatique comportant au moins un tuyau selon la revendication 1. 7. Procédé de transport pneumatique de particules solides de polymère dans un tuyau selon la revendication 1, caractérisé en ce que les particules de polymère sont transportées à l'aide d'un gaz vecteur ayant une pression relative comprise entre 10 et 100 kPa, une température inférieure de 5 C à la température de fusion du polymère et une vitesse suffisante pour assurer un écoulement turbulent du mélange du gaz vecteur et des particules. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que le gaz vecteur est de l'air, de l'azote ou un mélange de gaz contenant de - 9- 2641263 l'oxygène, de l'azote, des hydrocarbures, des monomères, de l'hydrogène ou de la vapeur d'eau. 9. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que les particules de polymère se présentent sous forme d'une poudre, de billes ou de granulés. 10. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que le polymère est un polyester, un polychlorure de vinyle, un polystyrène ou une polyoléfine.