Brevet FR2927062A1 — publié le 20090807

PROCEDE DE REMPLISSAGE SECURISE DE NANOTUBES DE CARBONE, SYSTEME DE REMPLISSAGE ET INSTALLATION INDSUSTRIELLE METTANT EN îUVRE LE PROCEDE. L'invention concerne un procédé industriel de remplissage sécurisé de nanotubes de carbone (NTC) dans un récipient à partir d'un autre récipient. L'invention concerne également un système de remplissage mettant en oeuvre le procédé. L'invention concerne aussi une installation de conditionnement sécurisé de nanotubes de carbone, équipée d'un système remplissage selon l'invention. Les Nanotubes de Carbone (NTC) sont des particules de diamètre compris entre 0,4nm et 50nm et de longueur supérieure à 100 fois le diamètre. Les NTC forment des pelotes de sorte qu'ils se présentent sous la forme d'une poudre de granulométrie dont le diamètre moyen des particules est autour de 400 micromètres. Le développement de l'activité portant sur les NTC a conduit le déposant en tant que fabriquant de NTC à manipuler des quantités importantes de poudre de NTC et à chercher des solutions pour permettre le conditionnement des NTC dans des conteneurs et leur transport entre réacteur et trémie de stockage. Cependant, les manipulations des NTC et la conception de systèmes de conditionnement et de transport pourraient éventuellement poser des questions de sécurité vis-à-vis de l'environnement et des personnes, même si à ce jour on ne connaît pas les risques encourus en cas de dispersion de poudre de NTC dans l'air, y compris à faible dose. En effet, le déposant a rencontré des difficultés en particulier lors du remplissage de NTC d'un récipient vers un autre récipient. Des opérations de remplissage de récipients doivent être mises en oeuvre dès lors que l'on conçoit une installation industrielle de conditionnement des NTC dans des conteneurs. 2 Dans ce contexte, le déposant a fait le choix d'appliquer le principe de précaution et a recherché une solution de manière à assurer une sécurité maximale lors de transferts de NTC d'un récipient dans un autre récipient à travers une connexion mécanique placée entre les deux récipients. Le déposant a cherché en particulier une solution assurant une sécurité maximale pour les opérations de remplissage de NTC à partir d'un récipient de stockage de NTC vers un autre récipient de conditionnement de façon compatible avec un processus industriel. Dans cette même démarche, le déposant a recherché une solution présentant un niveau de sécurité maximum dans toute une installation industrielle mise au point pour le transport de la poudre de NTC allant du réacteur de fabrication jusqu'à leur conditionnement dans des conteneurs. A cette fin, le déposant a mis au point un procédé de remplissage sécurisé selon lequel le couplage entre un récipient contenant les NTC et un récipient destiné à recevoir des NTC, est réalisé au moyen d'un dispositif sécurisé à double vanne. Un dispositif à double vanne assure un maximum d'étanchéité et de sécurité par rapport à l'environnement. On pourra utiliser par exemple un dispositif de type 25 �Buck�� ou � Glatt� �. Les dispositifs double vanne de type �Buck�� sont utilisés pour des manipulations de faibles volumes de poudres présentant une granulométrie de plus gros diamètre que les NTC, dans des laboratoires pharmaceutiques. 30 De tels dispositifs comportent une première vanne dite active et une vanne dite passive. L'ouverture du dispositif double vanne ne peut avoir lieu que lorsque les deux vannes sont couplées l'une à l'autre, la commande d'ouverture est verrouillée en l'absence de couplage. La vanne active est la 35 vanne qui comporte la commande d'ouverture. Les faces des 3 volets d'ouverture en contact avec les produits ne sont jamais en contact avec l'extérieur. L'invention a plus particulièrement pour objet un procédé industriel de remplissage de nanotubes de carbone dans un récipient à partir d'un autre récipient selon lequel le passage des NTC d'un récipient à l'autre est assuré au moyen d'un couplage comportant un dispositif double vanne, chacune des vannes étant couplée à l'un des récipients, lesdites vannes se fermant indépendamment et de façon étanche et ne pouvant être ouvertes que lorsqu'elles sont couplées l'une à l'autre. Dans le cas de l'application du procédé de remplissage pour effectuer un dosage des NTC, les NTC sont transférés à partir d'un conteneur vers un doseur, le procédé consiste alors à connecter la vanne dite vanne active sur le conteneur et l'autre vanne dite vanne passive sur le doseur. Dans le cas de l'application du procédé de remplissage pour le conditionnement des NTC dans des conteneurs à partir d'une trémie de stockage, le procédé consiste à coupler une vanne dite vanne active sur la ligne de sortie de la trémie et l'autre vanne dite vanne passive sur le conteneur. L'invention concerne également un système industriel de remplissage de nanotubes de carbone dans un récipient à partir d'un autre récipient, le système comprend à cette fin un moyen de couplage entre les deux récipients comportant un dispositif à double vanne, une première vanne étant apte à être couplée à l'un des récipients, l'autre vanne étant apte à être couplée à l'autre récipient, chacune des vannes se fermant indépendamment et de façon étanche après mises en place sur les récipients, les deux vannes étant aptes à être couplées l'une à l'autre, ce couplage permettant leur ouverture. 4 Au moins une vanne du dispositif à double vanne est active, c'est-à-dire qu'elle comporte la commande d'ouverture. La deuxième vanne est une vanne passive. L'invention s'applique à tout récipient équipé d'une 5 vanne d'un dispositif double vanne pour permettre le transfert ou remplissage de NTC d'un récipient vers l'autre. Les récipients de type récipients de stockage sont couplés à la vanne active du dispositif double vanne. Les récipients de conditionnement des NTC ou autres 10 récipients de transfert sont couplés à la vanne passive du dispositif, celle -ci pouvant être, par exemple, connectée directement sur l'ouverture du récipient. L'invention concerne également une installation industrielle de conditionnement de NTC dans des conteneurs, 15 ladite installation étant équipée d'un système de remplissage de nanotubes de carbone selon la présente invention. D'autres particularités et avantages de l'invention 20 apparaîtront clairement à la lecture de la description qui est faite ci-après et qui est donnée à titre d'exemple illustratif et non limitatif et en regard des figures sur lesquelles : - la figure 1 représente un schéma d'un système de 25 remplissage de NTC de mise en oeuvre du procédé dans une première application consistant à transférer des NTC d'un premier récipient dans un autre récipient, - la figure 2 représente un schéma d'une installation industrielle de conditionnement des NTC dans des conteneurs 30 utilisant un système de remplissage de NTC mettant en oeuvre du procédé, - les figures 3A et 3B représentent les coupes transversales AA du dispositif 30 des figures 4A et 4B, respectivement, dans la position découplée puis couplée ; les figures 3C et 3D représentent les coupes transversales BB de ce même dispositif, - la figure 5 représente un schéma d'une installation industrielle de conditionnement des NTC avec une ligne de 5 transport pneumatique entre le réacteur 100 et le conditionnement. Les manipulations des NTC à grande échelle font l'objet du développement par le déposant, d'une installation industrielle allant de la fabrication, c'est-à-dire du réacteur dans lequel on forme les NTC, jusqu'au conditionnement dans des conteneurs de taille variable de 20L à 2000L selon les exploitations envisagées. La présente invention est faite dans le contexte de ces développements et s'applique au transfert des NTC d'un récipient vers un autre, lorsqu'un récipient doit être couplé mécaniquement à un autre, directement ou à travers une ligne de sortie, qu'il s'agisse d'un récipient de conditionnement ou de tout autre récipient, par exemple, un récipient de dosage. La description qui est faite dans la suite permet d'illustrer la mise en oeuvre du procédé selon l'invention dans deux applications et le système utilisé pour la mise en oeuvre du procédé. Dans une première application illustrée par le schéma de la figure 1, le procédé et le système de mise en oeuvre permettent le transfert de NTC d'un récipient 20 à partir d'un autre récipient 10 contenant des NTC. Le récipient 20 dans lequel est transféré le NTC peut être un doseur par exemple. Le couplage 300 entre les deux récipients 10, 20 est réalisé par le dispositif à double vanne 30, une vanne 31, 32 étant connectée à chaque à chaque ouverture des deux récipients. 6 On peut prévoit un dispositif d'aspiration 50 couplé au dispositif 30 pour retirer tout reliquat de poudre de NTC dans la connexion. On va décrire maintenant le procédé de remplissage de NTC dans le cas d'une deuxième application qui est le conditionnement des NTC dans des conteneurs. Dans un premier exemple de réalisation pratique illustré par le schéma de la figure 2, le conditionnement est réalisé sans transport des NTC, le transfert se fait d'une trémie de stockage 103 dans laquelle se trouve la poudre de NTC, dans des conteneurs 200. Le couplage mécanique entre la sortie de la trémie 103 et l'ouverture du conteneur 200 est réalisée au moyen du dispositif à double vanne 30 ou à papillon de type � Buck� �, commercialisée par la société du même nom. Les éléments constituant l'installation industrielle I1 du réacteur 100 jusqu'au conditionnement sont : - un refroidisseur 101, - un tamiseur 102 - une trémie de stockage 103 - des vannes 301, 302 - un système de remplissage 300 pour le conditionnement 25 comprenant un dispositif à double vanne 30. Pour obtenir une poudre de très bonne qualité, sans présence de coke, on élimine les plus grosses particules. A cette fin, on place après le refroidisseur, un tamis 102 pour séparer les grosses particules. Ce tamis 102 doit 30 assurer une étanchéité totale et un contact zéro entre l'opérateur et la poudre de NTC, par exemple un tamis compact de la société RITEC. La coupe du tamis est de 2 mm avec un diamètre de tamis de 400 mm de diamètre pour une 7 surface de filtration de 0,1 m2. Cet outil permet d'avoir un tamisage en continu de la poudre avec un débit élevé, l'avantage de cet appareil, sont ces moteurs latéraux qui permettent d'avoir de plus grandes performances de tamisage. La trémie 103 est couplée à la sortie du tamis. La trémie a de préférence une forme pyramidale et est faite en acier inoxydable, avec une contenance dans cet exemple de réalisation particulier de 350 L. Le couplage mécanique 300 permet d'assurer la fonction de remplissage sécurisé entre l'arrivée des NTC issus de la trémie et l'ouverture du conteneur 200 grâce au dispositif à double vanne 30 de type � Buck� �. Les NTC issus de la trémie 103 peuvent, dans une variante non représentée sur ce schéma, traverser une vanne de contrôle. La vanne active 31 du dispositif 30 serait alors couplée à cette vanne de contrôle. Le conteneur de conditionnement 200 est couplé à la vanne passive 32 du dispositif 30. Le dispositif à double vanne de type � BUCK � permet d'éviter tout contact de la poudre avec l'extérieur, le transfert de la poudre de NTC est ainsi entièrement sécurisé. Grâce à la technologie de ce type de vanne, le mode de transfert de la poudre de NTC est à haut confinement et hors poussière. La conception de cette vanne empêche toute possibilité de contamination et de fuite de la poudre NTC vers l'extérieur. Dans cet exemple, la vanne passive 32 du dispositif est connectée sur l'ouverture des conteneurs de conditionnement 200, tandis que la vanne active 31 est connectée à la sortie de la trémie de stockage. On peut se reporter aux schémas des figures 3A à 3D et 4A à 4D pour comprendre le fonctionnement du dispositif double vanne, décrit ci-après. 8 Lorsque la vanne passive 32 d'un récipient 20 ou conteneur 200 est couplée à la vanne active 32 recevant les NTC d'un autre récipient 10 (figure 1) ou de la trémie 103 (figure 2), les deux faces externes des volets 34 et 35 des vannes sont accolées ensembles ce qui empêche la poudre de NTC de souiller ces faces. Ainsi, lorsque les vannes 31, 32 sont séparées, les faces des volets 34, 35 se trouvent en contact avec l'extérieur mais n'ont pas été souillées par la poudre. En outre, le couplage des deux vannes 31, 32 permet de libérer le verrouillage de la commande d'ouverture 36, les volets peuvent alors pivoter sous l'action de la commande. La commande peut être automatique ou manuelle. L'ouverture de la double vanne permet alors à la poudre de NTC de s'écouler sans aucune fuite extérieure. Dans un deuxième exemple illustré par le schéma de la figure 5, le conditionnement est réalisé après transport. Dans ce cas, l'installation I2 comporte un circuit permettant d'amener les NTC du réacteur de fabrication 100 à une trémie de stockage 106 qui est éloignée (par exemple dans un autre bâtiment ou à un autre étage). Le type de transport choisi est un transport pneumatique en phase dense afin de préserver la qualité de la poudre de NTC et de ne pas générer de fines particules. Le gaz utilisé est de l'air. Pour assurer toute la sécurité du transport, un fonctionnement a été choisi pour qu'il y ait présence de vide dans le circuit ce qui permet en cas de fuite, de ne pas envoyer de poudre de NTC dans l'atmosphère. Les éléments constituant l'installation industrielle du réacteur 100 jusqu'au conditionnement sont : - le réacteur de formation des NTC (100), - un refroidisseur (101), - un sas d'expédition (120), 9 un transporteur pneumatique (400), un sas sous vide (105) avec filtration d'air (108), un tamis en ligne (102), la trémie de stockage (106) une vanne de dosage (104) une filtration d'air (107), un système de remplissage 300 pour le conditionnement avec un dispositif à double vanne (dispositif à vannes de sécurité) Le sas d'expédition 120 permet de récupérer la poudre de NTC produite par le réacteur 100, de rendre inerte cette poudre avec une alternance de vide et d'azote afin d'éliminer toute trace d'éthylène et surtout d'hydrogène avant d'effectuer le transport pneumatique. Ce sas d'expédition 120 peut aussi être équipé d'un suppresseur pour qu'il puisse fonctionner le cas échéant en refoulement. La présence d'hydrogène peut être dangereuse en cas de fuite et de contact avec l'air. Le transport des nanotubes de carbone ne sera fait qu'après vérification par un analyseur en ligne de la concentration en éthylène placé en sortie du sas d'expédition 120 (avant transport des NTC) On supposera que s'il n'y a plus d'éthylène, l'hydrogène aura également disparu. Pour obtenir une poudre de très bonne qualité, sans présence de coke, on élimine les plus grosses particules. A cette fin, on place sur le circuit de transport 400 après le sas sous vide 105, un tamis en ligne 102 pour séparer les grosses particules. Ce tamis 102 doit assurer une étanchéité totale et un contact zéro entre l'opérateur et la poudre de NTC, par exemple un tamis compact de la société RITEC. La coupe du tamis est de 2 mm avec un diamètre de tamis de 400 mm de diamètre pour une surface de filtration de 0,1 m2. Cet outil permet d'avoir un tamisage en continu de la poudre 10 avec un débit élevé, l'avantage de cet appareil provient des moteurs latéraux qui permettent d'avoir de plus grandes performances de tamisage. La trémie 106 a, de préférence, une forme pyramidale et 5 est faite en acier inoxydable, avec une contenance dans cet exemple de réalisation particulier de 350 L. Un dispositif de pesage non représenté, pourra permettre de connaître à tout moment la quantité de NTC produite dans le réacteur 100. 10 L'air apporté en même temps que la poudre de NTC est envoyé vers un dispositif de filtration d'air 107, équipé de filtres très hautes efficacités tels que les filtres HEPA H14. Un filtre HEPA a la capacité de retenir des particules dans l'air d'un diamètre de 0,3 }gym avec un taux d'efficacité 15 de 99,995%. Le système de remplissage pour le conditionnement des NTC offre la possibilité de fournir divers volumes de nanotubes de carbone (de 100 g à 100 kg), et de travailler en toute sécurité sans manipuler la poudre. 20 Le couplage mécanique 300 entre l'arrivée des NTC issus de la trémie et l'ouverture du conteneur est réalisée au moyen dispositif à double vanne 30 (de type � Buck� �). Les NTC issus de la trémie traversent d'abord la vanne de contrôle 104. La vanne active 31 du dispositif 30 est 25 couplée à cette vanne de contrôle 104. Dans un souci d'éviter l'encombrement, la vanne de contrôle 104 comporte un doseur de type DOSIMATO. Cette vanne comporte une section DN 150 et est constituée d'un disque circulaire mis en mouvement par un vérin qui par 30 pivotement autour d'un axe permet de dégager un écoulement plus ou moins important de produit à travers une ouverture en forme de � croissant de lune � pouvant varier depuis une fermeture totale jusqu'à une ouverture totale. 11 Il peut également être prévu de vidanger le conteneur récepteur après transport, dans une trémie réceptrice équipant l'installation qui va utiliser les NTC. Dans ce cas, la trémie réceptrice est équipée d'une vanne active pour permettre le transfert en toute sécurité. L'installation industrielle qui vient d'être décrite permet de conditionneur de la poudre de NTC en toute sécurité, cette sécurité étant apportée au moment du conditionnement dans les conteneurs mais aussi dans toute la ligne de transport du réacteur jusqu'au dispositif de couplage sécurisé 30. REVENDICATIONS 1. Procédé industriel de remplissage de nanotubes de carbone dans un récipient à partir d'un autre récipient selon lequel le passage des NTC d'un récipient à l'autre est assuré au moyen d'un couplage (300) comportant un dispositif double vanne (30), chacune des vannes (31, 32) étant couplée à l'un des récipients, lesdites vannes (31, 32) se fermant indépendamment et de façon étanche et ne pouvant être ouvertes que lorsqu'elles sont couplées l'une à l'autre. 2. Procédé de remplissage de NTC selon la revendication 1, appliqué au dosage des NTC, caractérisé en ce que l'un des récipients est un conteneur (20) et l'autre un doseur (10), le procédé consistant alors à coupler l'une des vannes dite vanne active sur le conteneur et l'autre vanne dite passive sur le doseur, la vanne active étant la vanne qui comporte la commande d'ouverture, ladite commande étant verrouillée en l'absence de couplage des deux vannes. 3. Procédé de remplissage de NTC selon la revendication 1, appliqué au conditionnement des NTC, caractérisé en ce que l'un des récipient est une trémie de stockage ( 103 ou 106) et l'autre un conteneur (200), le procédé consistant alors à coupler l'une des vannes dite active à la ligne de sortie de la trémie et l'autre vanne dite passive est couplée au conteneur, la vanne active étant la vanne qui comporte la commande d'ouverture, ladite commande étant verrouillée en l'absence de couplage des deux vannes 4. Système industriel de remplissage de nanotubes de carbone dans un récipient à partir d'un autre récipient, le système comprend à cette fin un moyen de couplage entre les deux récipients comportant un dispositif à double vanne, une première vanne étant apte à être couplée à l'un des 13 récipients, l'autre vanne étant apte à être couplée à l'autre récipient, chacune des vannes se fermant indépendamment et de façon étanche après mises en place sur les récipients, les deux vannes étant aptes à être couplées l'une à l'autre, ce couplage permettant leur ouverture. 5. Système de remplissage selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'au moins une vanne du dispositif à double vanne est active, c'est-à-dire qu'elle comporte la commande d'ouverture, la deuxième vanne étant une vanne passive. 6. Récipient pour système de remplissage selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce qu'il est équipé d'une vanne d'un dispositif double vanne apte à être couplée à une autre vanne du dispositif, pour le transfert ou remplissage de NTC d'un récipient vers l'autre. 7. Récipient selon la revendication 6, caractérisé en ce que lorsqu'il constitue un récipients de stockage de NTC, ledit récipient est couplé à la vanne active du dispositif double vanne. 8. Récipient selon la revendication 6, caractérisé en ce que lorsqu'il constitue un récipient de conditionnement des NTC ou autre récipient destinataire, ledit récipient est couplé à la vanne passive du dispositif. 9. Installation industrielle de conditionnement caractérisée en ce qu'elle comporte un système de remplissage de nanotubes de carbone selon l'une des revendications 4 à 5. 14 10. Installation industrielle de conditionnement selon la revendication 9, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre : - un réacteur de formation des NTC (100), - un refroidisseur (101), - un sas d'expédition (120), - un transporteur pneumatique (400), - un sas sous vide (105) avec filtration d'air (108), - un tamis en ligne (102), - la trémie de stockage (106) -une vanne de dosage (104) - une filtration d'air (107).15