Brevet FR2896709A1 — publié le 20070803

SEPARATEUR DE SOLIDES EN PARTICULIER POUR INSTALLATION DE COMBUSTION L'invention concerne un séparateur de solides en particulier pour 5 installation de combustion. Une telle installation de combustion de résidus carbonés est décrite dans le document de brevet FR 2 850 156 . Cette installation comporte un réacteur de réduction d'oxydes, un premier cyclone, des échangeurs de récupération sur les fumées, un 10 réacteur d'oxydation doxydes, un deuxième cyclone, des échangeurs de contrôle de température des oxydes en circulation dans lesquels circule un oxyde qui est réduit puis oxydé dans chacun des deux réacteurs. Selon cet art antérieur, la matière combustible solide est broyée avant l'entrée dans le réacteur de réduction d'oxydes. Les oxydes sont réduits par mise en contact 15 tout d'abord avec le combustible qui réagit avec l'oxygène libéré par l'oxyde puis oxydé par mise en contact avec l'air qui régénère l'oxyde. La taille réduite des particules de combustible solide permet une combustion plus complète et plus rapide et permet de produite presque 100% de cendres volantes. 20 Ce type d'installation de combustion de matières solides carbonées fonctionnant à la pression atmosphérique avec capture intégrée du dioxyde de carbone, ne nécessite pas de séparation préalable de l'air. De par sa simplicité et sa compacité, ce système permet de réduire les coûts de captation du dioxyde de carbone tout en assurant la production de vapeur 25 destinée à la génération d'électricité. Les particules solides en sortie du premier cyclone associé au réacteur de réduction, constituées de particules d'oxydes métalliques et de résidus carbonés, passent par un siphon puis sont dirigées vers un dispositif d'élimination du résidu carboné . 30 Ce dispositif d'élimination est fluidisé par de la vapeur d'eau. Cette fluidisation permet de séparer les particules fines et légères telles que le résidu carboné et de les réintroduire dans le réacteur de réduction, tandis que les particules plus denses et plus grosses d'oxydes métalliques sont transférées vers le réacteur d'oxydation. Ce dispositif d'élimination, qui est un séparateur, contient un déflecteur interne formé d'une paroi solidaire du plafond du séparateur et laissant un espace de passage dans le bas de celui-ci et qui constitue deux compartiments sur le passage des solides fluidisés avec un étanchéité de pression, procurée par la hauteur de solides fluidisé, entre les deux compartiments. La fluidisation de chaque compartiment est contrôlée de façon indépendante par deux entrées de vapeur d'eau, pour obtenir le champ de vitesse désiré pour une séparation des oxydes et des résidus carbonés dans le premier compartiment ainsi que le transfert des oxydes dans le second compartiment. Au-dessus du premier compartiment, un évent ramène le résidu carboné entraîné par de la vapeur d'eau vers le réacteur de réduction. Ce séparateur constitue une barrière au carbone dans l'ensemble de l'installation, essentielle à la capture du dioxyde de carbone qui est un gaz à effet de serre devant faire l'objet d'une limitation d'émissions. L'objet de la présente invention est daugmenter le rendement de cette barrière en perfectionnant un tel séparateur. Grâce à l'invention, le phénomène de ségrégation est augmenté, tout en augmentant le temps de traitement des solides dans le premier compartiment et tout en conservant un séparateur de taille limitée. Pour ce faire, l'invention concerne un séparateur de solides destiné à la séparation de premiers solides et de seconds solides, le diamètre et la densité des premiers solides étant supérieurs au diamètre et à la densité des seconds solides, et comportant un premier déflecteur interne sensiblement vertical formant un passage en partie basse du séparateur et qui constitue deux compartiments sur le passage des solides fluidisés, la fluidisation de chaque compartiment étant contrôlée de façon indépendante par deux entrées de gaz de fluidisation, pour obtenir le champ de vitesse désiré pour une séparation des premiers solides et des second solides dans le premier compartiment et l'évacuation des seconds solides par un évent, ainsi que le transfert des premiers solides dans le second compartiment, caractérisé en ce que ledit premier déflecteur est pourvu sur au moins une de ses faces sensiblement verticales d'éjecteurs de gaz de fluidisation et en ce que le premier compartiment est équipé d'un agencement d'obstacle interne déviant le trajet des solides et pourvu au moins partiellement d'éjecteurs de gaz de fluidisation dirigé vers ledit premier déflecteur. Grâce à l'invention la ségrégation des deux types de solides est fortement améliorée. Selon un mode de réalisation préféré, ledit agencement d'obstacle est constitué d'au moins un second déflecteur latéral constitué d'une paroi solidaire d'une paroi verticale du compartiment et formant un passage à proximité de la paroi verticale opposée, les solides étant amenés dans le séparateur par une paroi reliant ces deux parois verticales. De préférence, ledit second déflecteur latéral est pourvu desdits éjecteurs sur sa face verticale tournée vers ledit premier déflecteur. Avantageusement, ledit agencement d'obstacle comporte une pluralité de dits seconds déflecteurs latéraux alternés, les uns solidaires d'une dite paroi verticale et les autres solidaires de la paroi verticale opposée. Selon une autre caractéristique avantageuse, le séparateur comporte un déversoir constitué d'une paroi reliant ledit premier déflecteur et ledit second déflecteur adjacent et formant un passage en partie haute du séparateur. Et avantageusement, ledit déversoir est disposé sous ledit évent. Grâce à cette caractéristique supplémentaire, la séparation des deux types de solides est perfectionnée, après une première ségrégation. Et de préférence, ledit premier compartiment comprend une sole inclinée, d'un point haut situé au niveau d'une paroi où les solides sont amenés dans le séparateur vers un point bas situé à proximité dudit premier déflecteur. Ladite sole inclinée peut être de plus pourvue de canaux parallèles à son sens d'inclinaison. Et les nervures entre canaux peuvent être pourvues d'éjecteurs de gaz de fluidisation. Grâce aux caractéristiques précédentes, le transfert des solides de plus grand diamètre et de plus grande densité est optimisé. Avantageusement, bdit évent est situé à proximité dudit déflecteur vertical. Le séparateur peut comporter un extracteur connecté à sa partie basse. Une vanne en Vé peut avantageusement être disposée sous ledit 10 premier déflecteur, afin de contrôler le débit de passage des solides sous celui-ci. L'invention concerne également un séparateur destiné à une installation de combustion de matières carbonées, dont les premiers solides sont des particules d'oxydes et les secondes particules sont des résidus 15 carbonés. Lesdits gaz de fluidisation peuvent comprendre principalement de la vapeur d'eau et/ou du dioxyde de carbone. Lesdites particules d'oxydes peuvent être des particules d'oxydes métalliques. 20 L'installation concerne enfin une installation de combustion de matières carbonés comprenant un tel séparateur, caractérisé en ce que ledit séparateur est installé en sortie d'un cyclone associé à un réacteur de réduction ou installé directement en sortie d'un réacteur de réduction. L'invention est décrite ci-après plus en détail à l'aide de figures ne 25 représentant qu'un mode de réalisation préféré de l'invention. Les figures 1 et 2 sont des vues en coupe longitudinale verticale et horizontale d'un premier mode de réalisation d'un séparateur conforme à l'invention. Les figures 3 à 6 sont des vues en coupe longitudinale verticale 30 selon BB, selon AA, selon CC et selon DD, d'un deuxième mode de réalisation d'un séparateur conforme à l'invention. La figure 7 est une vue en coupe longitudinale verticale d'un troisième mode de réalisation d'un séparateur conforme à l'invention. Les figures 8A à 8C sont des vues en coupe transversale verticale selon E-E de détail de ce troisième mode de réalisation d'un séparateur conforme à l'invention. La figure 9 est une vue en coupe verticale d'une variante d'agencement d'un séparateur conforme à l'invention. La figure 10 est une vue en coupe verticale d'une autre variante d'agencement d'un séparateur conforme à l'invention. Comme illustré sur les figures 1 et 2, un séparateur 1 de solides destiné à la séparation de premiers solides et de seconds solides de densité différente, le diamètre et la densité des premiers solides étant supérieurs au diamètre et à la densité des seconds solides, comporte un premier déflecteur vertical 2 interne formant un passage en partie basse et qui constitue deux compartiments 1A et 1B sur le passage des solides fluidisés avec un étanchéité de pression, procurée par la hauteur H de solides fluidisés, entre les deux compartiments, la fluidisation de chaque compartiment étant contrôlée de façon indépendante par deux entrées de gaz de fluidisation 3A et 3B , pour obtenir le champ de vitesse désiré pour une séparation des premiers solides et des second solides dans le premier compartiment 1A ainsi que le transfert des premiers solides dans le second compartiment 1 B. Selon l'invention, le premier compartiment 1A est équipé d'un agencement d'obstacle interne déviant le trajet des solides. Selon l'exemple représenté, le séparateur est sensiblement parallélépipédique et l'agencement d'obstacle est constitué d'au moins un second déflecteur latéral 4A constitué d'une paroi solidaire d'une paroi verticale du compartiment 5A et formant un passage à proximité de la paroi verticale opposée 5B, les solides étant amenés dans le séparateur par la paroi 5 reliant ces deux parois verticales. L'agencement d'obstacle peut comporter une pluralité de seconds déflecteurs latéraux alternés, les uns solidaires d'une paroi verticale et les autres solidaires de la paroi verticale opposée. Selon l'exemple représenté sur les figures 1 et 2, ces déflecteurs latéraux sont au nombre de deux, l'un 4A étant solidaire d'une paroi verticale 5A du compartiment et formant un passage à proximité de la paroi verticale 5B opposée, et l'autre 4B étant solidaire de ladite paroi verticale opposée 5B du compartiment et formant un passage à proximité de la paroi verticale 5A. Selon une caractéristique importante de l'invention, le premier déflecteur 2 est pourvu sur au moins une de ses faces sensiblement verticales d'éjecteurs de gaz de fluidisation E2, et de préférence ces deux faces sont pourvues de tels éjecteurs répartis sur la hauteur du premier déflecteur 2. L'agencement d'obstacle du premier compartiment 1A est également pourvu au moins partiellement d'éjecteurs de gaz de fluidisation dirigé vers le premier déflecteur 2. Selon un mode de réalisation préféré et illustré, le second déflecteur latéral 4A est pourvu de ces éjecteurs E4A sur sa face verticale tournée vers le premier déflecteur 2. Grâce à cet agencement de seconds déflecteurs, le trajet des solides est allongé dans le premier compartiment sans encombrement important du séparateur. Ceci assure une meilleure ségrégation des solides dans ce premier compartiment. De plus, les éjecteurs de gaz de fluidisation équipant le premier déflecteur 2 et le second déflecteur adjacent 4A, augmente encore la fluidisation avant le passage sous le premier déflecteur 2 des premiers solides, de diamètre et de densité supérieurs. Un tel séparateur est en particulier destiné à une installation de combustion de matières carbonés, telle que décrite dans le document de brevet FR 2 850 156, les premiers solides étant des particules d'oxydes métalliques, les secondes particules étant des résidus carbonés et les gaz de fluidisation comprenant principalement de la vapeur d'eau et/ou du dioxyde de carbone. Les particules solides en sortie d'un premier cyclone associé à un réacteur de réduction, constituées de particules d'oxydes métalliques et de résidus carbonés, passent par un siphon puis sont dirigées vers le séparateur 1 par une conduite 7 qui peut être équipée d'une vanne de contrôle de débit de solides. En complément, il peut être également utilisé une vanne en Vé référencé par V sur la figure 1 et disposée sous le déflecteur vertical 2, afin de contrôler le débit de passage des solides sous celui-ci entre les deux compartiments 1A et 1B, de créer un volume de rétention des solides supplémentaire et d'ajuster le niveau de solides dans le séparateur. La fluidisation permet de séparer les particules fines et légères que constitue les résidus carbonés et de les réintroduire dans le réacteur de réduction par un évent 8 situé à proximité du déflecteur vertical 2, tandis que les particules plus denses et plus grosses d'oxydes métalliques sont transférées vers un réacteur d'oxydation 9, le gaz de fluidisation éventuellement encore présent étant évacué par un second évent 10 agencé au-dessus du second compartiment 1 B. Une autre caractéristique du séparateur conforme à l'invention est 15 illustrée sur les figures 3 à 6. Le séparateur comporte ici également un déversoir constitué d'une paroi 11 reliant le premier déflecteur 2 et le second déflecteur 4A adjacent et formant un passage en partie haute du séparateur. Au niveau de ce déversoir, le premier déflecteur 2 est fermé en partie basse du séparateur 20 afin de former une sorte de puits de déversement. Ce déversoir est disposé sous l'évent 8 d'où s'échappent les solides les moins denses et les moins grossiers, soit selon l'application spécifique les résidus carbonés. La hauteur h de cette paroi de déversement 11 visible sur la figure 4 et inférieure à la hauteur H des solides fluidisés est déterminée pour 25 permettre le déversement des solides proches de la surface des solides fluidisés dans le séparateur. A l'intérieur de ce puits de déversement, est également prévu un déflecteur 11A solidaire de la paroi supérieure du séparateur et laissant un passage au niveau de la sole du séparateur, afin d'assurer une 30 compensation des pressions. Cet agencement de déversoir assure une parfaite séparation des résidus carbonés, en aval de la ségrégation assurée par le premier déflecteur 2 et les seconds déflecteurs 4 équipés de leurs éjecteurs E de gaz de fluidisation. Une autre caractéristique du séparateur conforme à l'invention est illustrée sur les figures 7 et 8. Le premier compartiment 1A comprend une sole inclinée 12, d'un point haut situé au niveau de la paroi 5 où les solides sont amenés dans le séparateur par la conduite d'arrivée 7 vers un point bas situé à proximité du premier déflecteur 2. Avantageusement, la sole est inclinée d'un angle supérieur ou égal à 10 par rapport à l'horizontale. Cette sole inclinée 12 peut être de plus pourvue de canaux 12B séparés par des nervures 12A parallèles à son sens d'inclinaison et ces nervures 12A peuvent être pourvues d'éjecteurs de gaz de fluidisation alimentés par une boîte à vent correspondante 3A. Cet agencement de sole améliore le transfert des solides de plus grand diamètre et de plus grande densité, en amont du premier déflecteur 2. Plusieurs variantes de réalisation de ces nervures sont illustrées sur les figures 8A à 8C. Selon les variantes représentées sur les figures 8A et 8B, chaque nervure 12A comporte une ligne d'éjecteurs E dirigés vers le haut, chaque nervure pouvant comprendre dans le sens transversal un éjecteur comme illustré sur la figure 8A ou plusieurs éjecteurs comme illustré sur la figure 8B. Selon la variante représentée sur la figure 8C, chaque nervure 12A comporte au moins un éjecteur E dirigé horizontalement, et disposé sur les flancs de la nervure. Le séparateur comporte également un extracteur 6 connecté à sa partie basse. Une variante d'agencement de séparateur 1' est représentée sur la figure 9 qui ne diffère que par son agencement de sortie des particules d'oxydes du second compartiment 1 B. Ici, ces solides sont évacués par l'intermédiaire d'une conduite descendante 11A de déversement au lieu d'être évacués directement dans le réacteur d'oxydation. Ce mode de réalisation est utilisé lorsque ce réacteur est éloigné du séparateur 1'. Une autre variante de séparateur 1" est représentée sur la figure 10 qui ne diffère du précédent que par son agencement d'entrée des solides. Un séparateur tel que décrit ci-dessus peut également être installé directement associé au réacteur de réduction R d'une installation de combustion de matières carbonés, telle que décrite dans le document de brevet FR 2 850 156. Dans ce cas, il est soit relié en entrée au bas de ce réacteur par une conduite du même type que la conduite 7 précédemment décrite, soit intégré à ce réacteur R par une partie de paroi commune comme il est représenté sur la figure 10. La paroi 5 où se trouve cette entrée de solides présente alors une partie 5' commune à la paroi tronconique du réacteur R dans laquelle est agencée une ouverture de passage des solides se trouvant au bas du réacteur.20 REVENDICATIONS 1. Séparateur de solides destiné à la séparation de premiers solides et de seconds solides, le diamètre et la densité des premiers solides étant supérieurs au diamètre et à la densité des seconds solides, et comportant un premier déflecteur interne sensiblement vertical (2) formant un passage en partie basse du séparateur et qui constitue deux compartiments (1A, 1B) sur le passage des solides fluidisés, la fluidisation de chaque compartiment étant contrôlée de façon indépendante par deux entrées de gaz de fluidisation (3A, 3B), pour obtenir le champ de vitesse désiré pour une séparation des premiers solides et des second solides dans le premier compartiment (1A) et l'évacuation des seconds solides par un évent (8), ainsi que le transfert des premiers solides dans le second compartiment (1 B), caractérisé en ce que ledit premier déflecteur (2) est pourvu sur au moins une de ses faces sensiblement verticales d'éjecteurs de gaz de fluidisation (E2) et en ce que le premier compartiment (1A) est équipé d'un agencement d'obstacle interne déviant le trajet des solides et pourvu au moins partiellement d'éjecteurs de gaz de fluidisation (E4A) dirigé vers ledit premier déflecteur (2) . 2. Séparateur selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ledit agencement d'obstacle est constitué d'au moins un second déflecteur latéral (4A) constitué d'une paroi solidaire d'une paroi verticale (5A) du compartiment et formant un passage à proximité de la paroi verticale opposée (5B), les solides étant amenés dans le séparateur par une paroi (5) reliant ces deux parois verticales. 3. Séparateur selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ledit second déflecteur latéral (4A) est pourvu desdits éjecteurs (E4A) sur sa face verticale tournée vers ledit premier déflecteur (2). 4. Séparateur selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ledit agencement d'obstacle comporte une pluralité de dits seconds déflecteurs latéraux alternés (4A, 4B), les uns solidaires d'une dite paroi verticale (5A) et les autres solidaires de la paroi verticale opposée (5B). 11 5. Séparateur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un déversoir constitué d'une paroi (11) reliant ledit premier déflecteur (2) et ledit second déflecteur adjacent (4A) et formant un passage en partie haute du séparateur. 6. Séparateur selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ledit déversoir est disposé sous ledit évent (8). 7. Séparateur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit premier compartiment (1A) comprend une sole inclinée (12), d'un point haut situé au niveau d'une paroi (5) où les solides sont amenés dans le séparateur vers un point bas situé à proximité dudit premier déflecteur (2). 8. Séparateur selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ladite sole inclinée (12) est pourvue de canaux (12B) parallèles à son sens d'inclinaison. 9. Séparateur selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les nervures (12A) entre canaux (12B) sont pourvues d'éjecteurs de gaz de fluidisation (E). 10. Séparateur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit évent (8) est situé à proximité dudit déflecteur 20 vertical (2). 11. Séparateur selon lune des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un extracteur (6) connecté à sa partie basse. 12. Séparateur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une vanne en Vé (V) est disposée sous ledit premier 25 déflecteur (2), afin de contrôler le débit de passage des solides sous celui-ci. 13. Séparateur destiné à une installation de combustion de matières carbonés selon l'une des revendications précédentes, dont les premiers solides sont des particules d'oxydes et les secondes particules sont des résidus carbonés. 30 14. Séparateur selon la revendication précédente, caractérisé en ce que lesdits gaz de fluidisation comprennent principalement de la vapeur d'eau et/ou du dioxyde de carbone. 12 15. Séparateur selon la revendication 13 ou 14, caractérisé en ce que lesdites particules d'oxydes sont des particules d'oxydes métalliques. 16. Installation de combustion de matières carbonés comprenant un séparateur selon l'une des revendications 13 à 15, caractérisé en ce que ledit séparateur est installé en sortie d'un cyclone associé à un réacteur de réduction (R). 17. Installation de combustion de matières carbonés comprenant un séparateur selon l'une des revendications 13 à 15, caractérisé en ce que ledit séparateur est installé directement en sortie d'un réacteur de réduction (R).15