Brevet FR3135783A1 — publié le 20231124

La présente invention concerne un dispositif de prélèvement (10) de particules solides d’une enceinte fermée (12), le dispositif de prélèvement (10) comprenant un corps tubulaire (18) portant une tête de prélèvement (16), la tête de prélèvement (16) étant configurée pour prélever par gravité un volume de particules solides (14) de l’enceinte, le dispositif comprenant une conduite tubulaire (52) fixée au corps tubulaire (18) et formant un angle non nul avec le corps tubulaire (18), le corps tubulaire (18) comprenant un déflecteur (50) pour dévier les particules solides (14) dans la conduite tubulaire (52). Additionnellement, le dispositif de prélèvement (10) comprend une vanne capacitive pour l’évaluation des particules solides positionnée en aval de la conduite tubulaire (52). L’invention concerne aussi un procédé de prélèvement de particules solides ainsi qu’un procédé de mise à niveau d’un dispositif de prélèvement (10). Figure 1 à publier dispositif de prélèvement d’échantillons de particules solides comprenant au moins une vanne capacitive La présente invention se rapporte au domaine d'échantillonnage de particules solides à partir d'une enceinte fermée, telle qu’un silo, une trémie, un réacteur, un régénérateur ou un adsorbeur. Elle concerne plus particulièrement un dispositif d'échantillonnage (aussi appelé dispositif de prélèvement) permettant de prélever par gravité un échantillon de particules solides sous forme de granulés, d'extrudés, de billes, comme celui utilisé pour un catalyseur ou un adsorbant par exemple. Lorsque des solides divisés sous forme de particules sont chargés dans des enceintes fonctionnant sous pression et/ou à des températures élevées ou lorsqu'ils sont disposés dans des enceintes en y étant stockés ou convoyés par gravitation, il arrive fréquemment qu'il soit nécessaire de prélever un échantillon de solide. Ce prélèvement a pour but essentiel de vérifier les propriétés mécaniques ou physico-chimiques des particules solides et ainsi de détecter d'éventuelles impuretés déposées sur la surface des particules ou de suivre l'évolution de la qualité du solide stocké ou en mouvement. Cela permet notamment de comprendre les raisons d'un éventuel dysfonctionnement, de vérifier la tenue au stockage dans le temps des particules solides, ou de prévoir la durée maximale de fonctionnement des particules solides et ainsi de régler ou d'anticiper des problèmes éventuels. Dans le cas d'unités de raffinage utilisant des particules solides, cela peut également faciliter le suivi de l'unité comprenant par exemple un réacteur catalytique, et permettre ainsi d'optimiser son fonctionnement. Pour prélever des échantillons de solides dans une enceinte, il est connu, notamment par le document US 4,009,618, un dispositif de prélèvement qui permet de prélever des échantillons de matériaux solides à l'intérieur d'une enceinte fermée, telle qu’un réacteur permettant le craquage catalytique d'hydrocarbures en présence d'un catalyseur. Comme mieux décrit dans ce document, ces prélèvements sont effectués au moyen d'une tête de prélèvement introduite à l'intérieur de l'enceinte et portée par le corps du dispositif. Cette tête de prélèvement comprend un réceptacle muni d'une échancrure en partie supérieure et d’une échancrure en partie inférieure ainsi que deux disques rotatifs ajourés entrainés en rotation par un arbre commandé par tous moyens connus. Lors d'une première rotation de ces disques, un échantillon de solide est admis dans le réceptacle au travers de l'échancrure supérieure contrôlée par un des disques alors que l'autre des disques obture l'échancrure en partie inférieure. Après une autre rotation de ces disques, l'échancrure supérieure est obturée par un des disques alors que l'autre des disques libère l'échancrure en partie inférieure de manière à ce que l'échantillon de solide soit dirigé vers des conduites. On connait également la demande de brevet FR 3,007,137 (US 9,464,966) qui concerne également un dispositif de prélèvement de particules solides. Dans cette demande de brevet, les particules solides prélevées par la tête de prélèvement arrivent, via des conduites, à l’entrée d’une première vanne. L’ouverture de la première vanne permet aux particules solides d’arriver dans un sas. Une vanne de purge reliée au sas permet de purger le sas. Pour se faire, la première vanne reste fermée et la vanne de purge est ouverte puis refermée une fois la purge réalisée. Enfin, une autre vanne reliée au sas permet l’évacuation des particules solides contenues dans le sas. Les vannes utilisées sont typiquement des vannes à boisseau conique, à boisseau sphérique ou des vannes à siège parallèles à anneau de substitution (plus connue sous le nom de « Parallel Slide Gate Valves with substituting ring » en Anglais). Les dispositifs de prélèvement mettant en œuvre ces vannes présentent toutefois plusieurs inconvénients. Les vannes s’usent prématurément. En effet, les particules solides, une fois prélevées dans l’enceinte, sont stockées dans le corps du dispositif puis, sous l’effet de la gravité à l’entrée des vannes en amont et en aval du sas, dans le sens de circulation des particules solides, avant d’être récupérées dans un récipient à l’extérieur. Les particules solides prélevées dans l’enceinte sont généralement à une température élevée (entre 150 et 550°C par exemple en fonction des applications). De ce fait, elles sont stockées à l’entrée des vannes à une température chaude. Lors de l’ouverture progressive des vannes, les particules solides, à température élevée, frottent sur la surface du boisseau de la vanne qui se déplace pour l’ouverture, avant que les particules solides puissent s’écouler par gravité à travers la vanne ouverte pour rejoindre le sas ou un récipient extérieur. Ce frottement des particules solides sur la surface du boisseau génère une usure par érosion du boisseau et/ou du siège, le contact boisseau/siège assurant l’étanchéité de la vanne. Cette usure nécessite régulièrement le remplacement du boisseau et/ou du siège ou de la vanne complète, ce qui génère un surcoût pour l’exploitation. De plus, cette usure peut être à l’origine de fuite de fluides contenus dans l’enceinte, notamment lorsque le fluide est un gaz, l’étanchéité au gaz étant plus difficile à obtenir que l’étanchéité au liquide. Ces fuites peuvent aussi générer une dépressurisation de l’enceinte lorsqu’elle est sous pression. Pour pallier cette usure, les solutions connues consistent à utiliser des traitements de surface sur le boisseau et/ou sur le siège des vannes non capacitives utilisées pour augmenter la résistance à l’usure de ces pièces. En outre, les vannes utilisées sont plus sensibles aux erreurs de manipulation ou de séquençage des vannes. En effet, un mauvais séquençage ou une erreur de manipulation peut entraîner un échappement du fluide (notamment au gaz) de l’enceinte et lorsque l’enceinte est sous pression, cela peut également entraîner la dépressurisation de l’enceinte. La présente invention vise à remédier aux inconvénients ci-dessus grâce à un dispositif de prélèvement de particules solides mettant en œuvre au moins une vanne capacitive. L’invention concerne un dispositif de prélèvement de particules solides à partir d’une enceinte fermée, le dispositif de prélèvement comprenant un corps tubulaire portant une tête de prélèvement, la tête de prélèvement étant configurée pour prélever par gravité un volume prédéterminé de particules solides de ladite enceinte fermée, le dispositif de prélèvement comprenant une conduite tubulaire fixée au corps tubulaire et formant un angle non nul avec le corps tubulaire, le corps tubulaire comprenant un déflecteur pour dévier les particules solides dans la conduite tubulaire. De plus, le dispositif de prélèvement comprend une première vanne capacitive pour l’évaluation des particules solides, la première vanne capacitive étant positionnée en aval de la conduite tubulaire, dans le sens de circulation des particules solides dans le dispositif de prélèvement. De préférence, le volume de la capacité de la première vanne capacitive est supérieur audit volume prédéterminé, de préférence, le volume de la capacité de la première vanne capacitive est d’au moins 1,05 fois, et de manière encore préférée au moins 1,15 fois, ledit volume prédéterminé. De manière avantageuse, la première vanne capacitive comprend un unique siège et un boisseau capacitif, l’unique siège étant en amont du boisseau capacitif. Alternativement, la première vanne capacitive comprend un premier siège, un deuxième siège et un boisseau capacitif, le premier siège étant en amont du boisseau capacitif et le deuxième siège étant en aval du boisseau capacitif. Avantageusement, la première vanne capacitive est choisie parmi les vannes sphériques capacitives, les vannes à boisseau conique capacitives ou les vannes à boisseau cylindrique capacitives. Selon une variante de l’invention, le dispositif de prélèvement comprend une deuxième vanne en aval de la conduite tubulaire pour l’évacuation des particules solides, la deuxième vanne étant en amont ou en aval de la première vanne capacitive, la première vanne capacitive et la deuxième vanne étant reliées l’une à l’autre directement ou par l’intermédiaire d’un sas. Selon une mise en œuvre de l’invention, le dispositif de prélèvement comprend une clé de verrouillage pour empêcher la manœuvre simultanée de la première vanne capacitive et de la deuxième vanne. Préférentiellement, le sas est relié à une troisième vanne pour l’évacuation d’un fluide, le fluide étant compris dans le volume prédéterminé. Avantageusement, la deuxième vanne est une deuxième vanne capacitive, la première vanne capacitive et la deuxième vanne capacitive étant de préférence identiques. L’invention concerne aussi un système comprenant une enceinte fermée comprenant des particules solides, et un dispositif de prélèvement de particules solides tel que décrit précédemment, le système étant prévu pour l’une des applications suivantes : prélèvement des échantillons de catalyseurs dans une unité de raffinage de pétrole, dans une unité de traitement de gaz ou de biomasse, dans une unité de production de carburants renouvelables, dans une unité de reformage, dans une unité de Fischer-Tropsch ou dans une unité de déshydratation d’alcool en oléfine. L’invention concerne encore un procédé de prélèvement de particules solides à partir d’une enceinte fermée à l’aide d’un dispositif de prélèvement tel que décrit précédemment, pour lequel on réalise au moins les étapes suivantes : On prélève un volume prédéterminé comprenant des particules solides de l’enceinte fermée par la tête de prélèvement ; On achemine le volume prédéterminé prélevé dans la capacité de la première vanne capacitive en position de prélèvement ; On actionne la première vanne capacitive pour évacuer le volume prédéterminé comprenant les particules solides de la première vanne capacitive et on repositionne la première vanne capacitive en position de prélèvement une fois le volume prédéterminé évacué. De préférence, pour ce procédé, lorsque la première vanne capacitive est positionnée en amont de la deuxième vanne capacitive, et que le dispositif de prélèvement comprend un sas et une troisième vanne tels que décrits précédemment, on réalise au moins les étapes suivantes : On prélève un volume prédéterminé comprenant des particules solides de l’enceinte fermée par la tête de prélèvement ; On achemine le volume prédéterminé prélevé dans la capacité de la première vanne capacitive en position de prélèvement ; On actionne la première vanne capacitive pour évacuer le volume prédéterminé vers le sas ou directement vers la deuxième vanne capacitive en position de prélèvement, et une fois le volume prédéterminé évacué, on repositionne la première vanne capacitive en position de prélèvement ; Lorsque le volume déterminé est évacué vers le sas, on évacue de préférence un fluide compris dans le volume déterminé par la troisième vanne que l’on ouvre et que l’on referme une fois le fluide évacué ; On actionne la deuxième vanne capacitive pour évacuer les particules solides contenues dans le volume prédéterminé vers un récipient, et une fois les particules solides évacuées, on repositionne la deuxième vanne capacitive en position de prélèvement. L’invention concerne en outre un procédé de mise à niveau d’un dispositif de prélèvement de particules solides à partir d’une enceinte fermée, le dispositif de prélèvement comprenant un corps tubulaire portant une tête de prélèvement, la tête de prélèvement étant configurée pour prélever par gravité un volume prédéterminé de particules solides de ladite enceinte fermée, le dispositif de prélèvement comprenant une conduite tubulaire fixée au corps et formant un angle non nul avec le corps, le corps comprenant un déflecteur pour dévier les particules solides dans la conduite tubulaire, le dispositif de prélèvement comprenant au moins une vanne en aval de la conduite tubulaire, le procédé comprenant une étape dans laquelle on remplace l’au moins une vanne en aval de la conduite tubulaire par une vanne capacitive pour obtenir un dispositif de prélèvement tel que décrit précédemment. Liste des figures D'autres caractéristiques et avantages du dispositif, du système et des procédés selon l'invention, apparaîtront à la lecture de la description ci-après d'exemples non limitatifs de réalisations, en se référant aux figures annexées et décrites ci-après. [Fig 1] La représente une vue en coupe partielle du dispositif de prélèvement selon un mode de réalisation de l’invention. [Fig 2] La représente une vue de l’extrémité du dispositif de prélèvement de l’invention, selon la direction de la flèche A de la . [Fig 3] La représente une vue en perspective d’un moyen d’obturation du dispositif de prélèvement selon un mode de réalisation de l’invention. [Fig 4] La représente un premier type de vanne capacitive du dispositif de prélèvement selon l’invention. [Fig 5] La représente un deuxième type de vanne capacitive du dispositif de prélèvement selon l’invention. [Fig 6] La représente un premier mode de réalisation de l’ensemble de vannes du dispositif de prélèvement, selon l’invention. [Fig 7] La représente un deuxième mode de réalisation de l’ensemble de vannes du dispositif de prélèvement, selon l’invention. [Fig 8] La représente un troisième mode de réalisation de l’ensemble de vannes du dispositif de prélèvement, selon l’invention. [Fig 9] La représente un quatrième mode de réalisation de l’ensemble de vannes du dispositif de prélèvement, selon l’invention. [Fig 10] La représente un cinquième mode de réalisation de l’ensemble de vannes du dispositif de prélèvement, selon l’invention. Dispositif de prélèvement (10) de particules solides (14) à partir d’une enceinte fermée (12), le dispositif de prélèvement (10) comprenant un corps tubulaire (18) portant une tête de prélèvement (16), la tête de prélèvement (16) étant configurée pour prélever par gravité un volume prédéterminé de particules solides (14) de ladite enceinte fermée (12), le dispositif de prélèvement (10) comprenant une conduite tubulaire (52) fixée au corps tubulaire (18) et formant un angle non nul avec le corps tubulaire (18), le corps tubulaire (18) comprenant un déflecteur (50) pour dévier les particules solides (14) dans la conduite tubulaire (52), caractérisé en ce que le dispositif de prélèvement (10) comprend une première vanne capacitive pour l’évaluation des particules solides positionnée en aval de la conduite tubulaire (52), dans le sens de circulation des particules solides (14) dans le dispositif de prélèvement (10). Dispositif de prélèvement (10) de particules solides (14) à partir d’une enceinte fermée (12) selon la revendication 1, pour lequel le volume de la capacité (106) de la première vanne capacitive est supérieur audit volume prédéterminé, de préférence, le volume de la capacité (106) de la première vanne capacitive est d’au moins 1,05 fois, et de manière encore préférée au moins 1,15 fois, ledit volume prédéterminé. Dispositif de prélèvement (10) de particules solides (14) à partir d’une enceinte fermée (12) selon l’une des revendications précédentes, pour lequel la première vanne capacitive comprend un unique siège (103a) et un boisseau capacitif (102), l’unique siège (103a) étant en amont du boisseau capacitif (102). Dispositif de prélèvement de particules solides à partir d’une enceinte fermée selon l’une des revendications 1 à 2, pour lequel la première vanne capacitive comprend un premier siège (103a), un deuxième siège (103b) et un boisseau capacitif (102), le premier siège (103a) étant en amont du boisseau capacitif (102) et le deuxième siège (103b) étant en aval du boisseau capacitif (102). Dispositif de prélèvement (10) de particules solides (14) à partir d’une enceinte fermée (12) selon l’une des revendications précédentes, pour lequel la première vanne capacitive est choisie parmi les vannes sphériques capacitives, les vannes à boisseau conique capacitives ou les vannes à boisseau cylindrique capacitives. Dispositif de prélèvement (10) de particules solides (14) à partir d’une enceinte fermée (12) selon l’une des revendications précédentes, pour lequel le dispositif de prélèvement (10) comprend une deuxième vanne en aval de la conduite tubulaire (52) pour l’évacuation des particules solides (14), la deuxième vanne étant en amont ou en aval de la première vanne capacitive, la première vanne capacitive et la deuxième vanne étant reliées l’une à l’autre directement ou par l’intermédiaire d’un sas (S1). Dispositif de prélèvement (10) de particules solides (14) à partir d’une enceinte fermée (12) selon la revendication 6, pour lequel le dispositif de prélèvement (10) comprend une clé de verrouillage pour empêcher la manœuvre simultanée de la première vanne capacitive et de la deuxième vanne. Dispositif de prélèvement (10) de particules solides (14) à partir d’une enceinte fermée (12) selon l’une des revendications 6 ou 7, pour lequel le sas (S1) est relié à une troisième vanne (V3) pour l’évacuation d’un fluide, le fluide étant compris dans le volume prédéterminé. Dispositif de prélèvement (10) de particules solides (14) à partir d’une enceinte fermée (12) selon l’une des revendications 6 à 8, pour lequel la deuxième vanne est une deuxième vanne capacitive, la première vanne capacitive et la deuxième vanne capacitive étant de préférence identiques. Système comprenant une enceinte fermée (12) comprenant des particules solides (14), et un dispositif de prélèvement (10) de particules solides (14) selon l'une des revendications précédentes, le système étant prévu pour l’une des applications suivantes : prélèvement des échantillons de catalyseurs dans une unité de raffinage de pétrole, dans une unité de traitement de gaz ou de biomasse, dans une unité de production de carburants renouvelables, dans une unité de reformage, dans une unité de Fischer-Tropsch ou dans une unité de déshydratation d’alcool en oléfine. Procédé de prélèvement de particules solides à partir d’une enceinte fermée à l’aide d’un dispositif de prélèvement (10) selon l’une des revendications 1 à 9, pour lequel on réalise au moins les étapes suivantes : On prélève un volume prédéterminé comprenant des particules solides (14) de l’enceinte fermée (12) par la tête de prélèvement (16) ; On achemine le volume prédéterminé prélevé dans la capacité (102) de la première vanne capacitive en position de prélèvement ; On actionne la première vanne capacitive pour évacuer le volume prédéterminé comprenant les particules solides (14) de la première vanne capacitive et on repositionne la première vanne capacitive en position de prélèvement une fois le volume prédéterminé évacué. Procédé de prélèvement de particules solides à partir d’une enceinte fermée à l’aide d’un dispositif de prélèvement (10) selon la revendication 8, la première vanne capacitive étant positionnée en amont de la deuxième vanne capacitive, pour lequel on réalise au moins les étapes suivantes : On prélève un volume prédéterminé comprenant des particules solides (14) de l’enceinte fermée (12) par la tête de prélèvement (16) ; On achemine le volume prédéterminé prélevé dans la capacité (102) de la première vanne capacitive en position de prélèvement ; On actionne la première vanne capacitive pour évacuer le volume prédéterminé vers le sas (S1) ou directement vers la deuxième vanne capacitive en position de prélèvement, et une fois le volume prédéterminé évacué, on repositionne la première vanne capacitive en position de prélèvement ; Lorsque le volume déterminé est évacué vers le sas (S1), on évacue de préférence un fluide compris dans le volume déterminé par la troisième vanne (V3) que l’on ouvre et que l’on referme une fois le fluide évacué ; On actionne la deuxième vanne capacitive pour évacuer les particules solides (14) contenues dans le volume prédéterminé vers un récipient (R), et une fois les particules solides (14) évacuées, on repositionne la deuxième vanne capacitive en position de prélèvement. Procédé de mise à niveau d’un dispositif de prélèvement (10) de particules solides (14) à partir d’une enceinte fermée (12), le dispositif de prélèvement (10) comprenant un corps tubulaire (18) portant une tête de prélèvement (16), la tête de prélèvement (16) étant configurée pour prélever par gravité un volume prédéterminé de particules solides (14) de ladite enceinte fermée (12), le dispositif de prélèvement (10) comprenant une conduite tubulaire (52) fixée au corps tubulaire (18) et formant un angle non nul avec le corps tubulaire (18), le corps tubulaire (18) comprenant un déflecteur (50) pour dévier les particules solides (14) dans la conduite tubulaire (52), le dispositif de prélèvement (10) comprenant au moins une vanne en aval de la conduite tubulaire (52), le procédé comprenant une étape dans laquelle on remplace l’au moins une vanne en aval de la conduite tubulaire (52) par une vanne capacitive (110) pour obtenir un dispositif de prélèvement (10) selon l’une des revendications 1 à 9.