Brevet FR3158248A1 — publié le 20250718

Titre : Dispositif et procédé de traitement d’un charbon La présente invention concerne une installation de traitement de particules solides, en particulier d’un charbon, comportant au moins un premier convoyeur pneumatique (5) et un premier tamiseur (6) muni d’au moins un tamis apte à séparer des particules passantes, de dimensions inférieures à un seuil, qui traversent ledit tamis, de particules refus, de dimensions supérieures à ledit seuil, qui restent sur ledit tamis et peuvent être redirigées vers une conduite de refus (7). Cette installation est particulière en ce que ledit premier tamiseur (6) est alimenté directement par le premier convoyeur pneumatique (5) de sorte que l’air en mouvement du premier convoyeur pneumatique (5) accompagne les particules passantes à travers ledit tamis. La présente invention concerne également un procédé de traitement qu’on peut mettre en œuvre dans l’installation de l’invention. Figure de l’abrégé : Figure n° 1 Dispositif et procédé de traitement de particules solides La présente invention se situe dans le domaine des particules solides. Elle concerne plus particulièrement une installation et un procédé de traitement, en particulier de transport, purification, tamisage et broyage de particules solides, en particulier d’un charbon minéral ou végétal ou autres produits riches en carbone et facilement inflammables. Le tamisage de particules solides consiste à confronter un flux de particules solides à un tamis ; on cherche à faire passer les particules plus fines qu’une certaine dimension à travers le tamis, et à retenir les particules plus grosses que ladite dimension. Or il est connu que certaines particules fines ne passent pas à travers le tamis, mais sont retenues par le mouvement de l’ensemble des particules, et finissent par suivre le chemin des grosses particules. Il existe donc un besoin de trouver une solution pour que le plus possible toutes les particules fines passent à travers le tamis. On connait par ailleurs la propension du charbon à s’enflammer spontanément au contact de l’air. Plusieurs traitements existent pour empêcher une telle inflammation. On peut notamment mouiller le charbon, avec l’inconvénient qu’il devient difficile voire impossible de le purifier ou d’effectuer d’autres opérations de séparation. On peut aussi envoyer un gaz non réactif comme de l’azote, pour empêcher l’inflammation, comme cela est proposé dans le document CN215755276 par exemple. Cela constitue toutefois des coûts importants, et réduit le risque uniquement tant que le gaz est présent. Le document CN209382679 propose d’envoyer de l’air frais, de préférence humide dans un stock de charbon pour en empêcher l’inflammation. En plus des mêmes inconvénients que ci-dessus, un tel procédé ne permet pas de traiter des produits de faible granulométrie, la convection forcée n’étant alors pas possible. Le document JP2009079118 propose un convoyage pneumatique du charbon pour l’amener à un four de combustion ; il recommande de refroidir et d’arroser le charbon en cours de convoyage, pour éviter son inflammation avant d’avoir atteint le four de combustion. Toutes ces solutions ne sont pas satisfaisantes et ne permettent notamment pas un tamisage total, ni un traitement aisé des particules solides, notamment d’un charbon en termes de purification ou de séparation, et en plus permettent d’éviter un départ de feu uniquement pendant la durée du traitement. Il existe donc un besoin d'un système et d’un procédé de traitement de particules solides, notamment d’un charbon qui permette des opérations de purification et de séparation avec une bonne performance de séparation. La présente invention propose un procédé et un dispositif de traitement de particules solides, notamment de charbon, qui améliore les performances de séparation tout en évitant les départs de feu pendant et après le traitement. Pour ce faire elle propose une installation de traitement de particules solides, en particulier d’un charbon, comportant au moins un premier convoyeur pneumatique et un premier tamiseur muni d’au moins un tamis apte à séparer des particules passantes, de dimensions inférieures à un seuil, qui traversent ledit tamis, de particules refus, de dimensions supérieures à ledit seuil, qui restent sur ledit tamis, qui peuvent être redirigées vers une conduite de refus. Cette installation est particulière en ce que ledit premier tamiseur est alimenté directement par le premier convoyeur pneumatique de sorte que l’air en mouvement du premier convoyeur pneumatique accompagne les particules passantes à travers ledit tamis. Grâce à ces dispositions, l’installation permet de séparer les particules de dimensions différentes de manière plus performante. Selon d’autres caractéristiques : le premier convoyeur pneumatique peut présenter une longueur de parcours des particules avant l’arrivée au premier tamiseur d’au moins 8 mètres, de préférence au moins 10 mètres, permettant ainsi une oxydation des atomes de carbone exposés, ce qui rend le charbon non réactif, et il ne s’enflamme plus, même après la fin du traitement, l’installation peut comporter un vibreur à ultrasons apte à induire une vibration ultrasonique audit tamis, permettant ainsi d’éviter ou au moins de réduire la fréquence, des colmatages du tamis, l’installation peut comporter en outre un broyeur apte à être alimenté par ladite conduite de refus, et à broyer les particules refus en particules plus fines, et un deuxième convoyeur pneumatique qui peut ou non présenter une partie commune avec le premier convoyeur pneumatique, configuré pour convoyer lesdites particules plus fines vers un deuxième tamiseur pouvant être, ou non, le premier tamiseur, ledit deuxième tamiseur étant alimenté directement par le deuxième convoyeur pneumatique de sorte que l’air en mouvement du deuxième convoyeur pneumatique accompagne les particules fines à travers au moins un tamis dudit deuxième tamiseur ; une telle disposition, outre les avantages ci-dessus permet d’optimiser l’utilisation de tout le charbon en réduisant la granulométrie en dessous d’un seuil où il peut être utilisé, tout en évitant tout risque de départ de feu, le deuxième convoyeur pneumatique peut présenter une longueur de parcours des particules entre la sortie du broyeur et l’arrivée au tamiseur d’au moins 8 mètres, de préférence au moins 10 mètres, permettant ainsi de garantir l’oxydation des atomes de carbone qui sont devenus exposés suite au broyage, et d’éviter ainsi le risque d’inflammation des particules obtenues, l’installation peut comporter un séparateur densimétrique, de préférence de type zigzag, configuré pour séparer des particules qui sont en cours de convoyage dans le premier convoyeur pneumatique, permettant ainsi d’écarter des corps étrangers, notamment métalliques, en verre ou en pierre. La présente invention concerne encore un procédé de traitement de particules solides, en particulier d’un charbon, comportant les étapes suivantes : convoyage pneumatique des particules vers un premier tamis, passage d’une partie des particules par ledit premier tamis, l’air en mouvement du convoyage pneumatique traversant ledit premier tamis, récupération des refus du premier tamis. Grâce à ces dispositions le procédé permet de séparer les particules de dimensions différentes de manière plus performante, tout en évitant les départs de feu au cours du traitement. Selon d’autres caractéristiques : ledit convoyage pneumatique des particules vers un premier tamis se produit sur une longueur de parcours d’au moins 8 mètres, de préférence au moins 10 mètres permettant ainsi dans le cas du charbon une oxydation des atomes de carbone exposés, ce qui rend le charbon non réactif, et il ne s’enflamme plus, même après la fin du traitement, le procédé peut comprendre en outre une étape de séparation densimétrique en cours de convoyage pneumatique, permettant ainsi d’écarter des corps étrangers, notamment métalliques, en verre ou en pierre, le procédé peut comporter en outre une étape de broyage des refus du premier tamis en particules plus fines, puis un convoyage pneumatique des particules plus fines vers un deuxième tamis, les premier et deuxième tamis pouvant, ou non, être un même tamis ; une telle disposition, outre les avantages ci-dessus permet d’optimiser l’utilisation de tout le charbon en réduisant la granulométrie en dessous d’un seuil où il peut être utilisé, tout en évitant tout risque de départ de feu. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui fait suite, en référence à la figure annexée : La FIG. 1 est une vue schématique d’une installation selon un mode particulier de réalisation de l’invention La FIG. 1 représente une installation de traitement de particules solides. L’invention sera décrite ci-dessous en considérant que lesdites particules solides sont des particules de charbon ; le charbon peut être du biochar, biocarbone, charbon végétal, charbon minéral, graphite, etc… ou toute autre matériau riche en carbone, et hautement inflammable comme le charbon. Toutefois l’invention concerne aussi, d’autres installations de traitement de particules solides, en particulier des particules solides légères, par exemple de densité apparente inférieure à 0,8. L’installation selon l’invention peut comporter un réservoir de stockage 1 de charbon, par exemple d’un volume de 100 m3. Ce réservoir peut être muni d’un système de refroidissement, par exemple par circulation d’eau, pour limiter le risque d’inflammation à ce stade. L’installation peut comporter un convoyeur apte à convoyer les particules de charbon vers un réservoir tampon 2, par exemple un élévateur à godets 13. Le réservoir tampon 2, peut être constitué par exemple de deux réservoirs de 6 m3 chacun, ce qui peut faciliter le pilotage de l’installation ; par exemple on peut attendre qu’un des deux réservoirs soit vide, avant de procéder à son remplissage, pendant que l’autre réservoir est utilisé pour alimenter l’aval de l’installation. Le réservoir tampon 2 peut être muni d’un sas alvéolaire 3 ou tout autre dispositif de régulation de débit à son extrémité inférieure pour piloter le débit de la sortie de matière du réservoir tampon 2. L’installation peut comporter au moins un convoyeur à vis 4, disposé en aval du réservoir tampon 2, configuré de manière connue pour recueillir les particules de matière à la sortie du réservoir tampon 2, et les convoyer vers la suite de l’installation. L’installation peut comporter un premier convoyeur pneumatique 5, configuré pour convoyer les particules depuis le convoyeur à vis 4 et au moins jusqu’à un premier tamiseur 6. Le premier tamiseur 6 est alimenté par le haut, à la fois par les particules de charbon, et par l’air du premier convoyeur pneumatique 5. Le premier tamiseur 6 comporte au moins un tamis, et peut comporter plusieurs étages de tamis, par exemple quatre comme dans l’exemple représenté à la FIG. 1 . La dimension de coupure des tamis est plus petite au fur et à mesure qu’on va vers les étages inférieurs. Selon l’invention, le premier convoyeur pneumatique 5 est connecté sur le premier tamiseur 6, de sorte que l’air du premier convoyeur pneumatique 5 traverse au moins un tamis dans le même sens que les particules passantes, c’est-à-dire plus fines que la dimension de coupure dudit tamis. Une telle disposition permet que l’air du convoyeur pneumatique 5 entraîne les particules les plus fines à travers le tamis. Sans cela les particules les plus fines pourraient rester en suspens au-dessus du tamis et se perdre dans l’atmosphère ou partir avec les refus. Selon un autre mode de réalisation, l’installation peut comporter un autre type de convoyeur, configuré pour convoyer les particules depuis le réservoir tampon 2 jusqu’au premier tamiseur 6 ; Elle comporte alors une alimentation d’air sous pression ou en mouvement configurée pour produire un mouvement d’air à travers les tamis dans le même sens que les particules qui traversent le tamis. Selon ce mode de réalisation, on considère dans le cadre de la présente invention qu’un telle alimentation d’air est assimilée à un convoyeur pneumatique effectif au moins sur le mouvement des particules à l’arrivée sur le premier tamiseur 6. Elle produit le même effet d’entrainement des particules les plus fines à travers un tamis. Les tamis peuvent être actionnés par un vibreur, qui facilite la répartition des particules sur le tamis, et permet de conduire petit à petit les refus vers les contours du tamis, où ils peuvent être récupérés par une conduite de refus 7. Selon un mode préféré de réalisation de l’invention, le premier tamiseur 6 peut comporter en outre un dispositif de vibration à ultrasons, apte à induire une vibration à ultrasons à au moins un tamis, permettant de réduire les risques de colmatage dudit tamis. Selon un mode préféré de réalisation de l’invention, on peut s’assurer que les particules transportées par le premier convoyeur pneumatique 5 parcourent une distance d’au moins 8 mètres, de préférence au moins 10 mètres avant leur arrivée dans le premier tamiseur 6. Une telle distance laisse le temps aux particules de charbon de subir une neutralisation, par oxydation des atomes de Carbone exposés. Une fois que ces atomes de Carbone exposés sont oxydés, le charbon n’est plus réactif à l’air, et ne risque donc plus de s’enflammer ; il est neutralisé. En effet l’inventeur a réalisé de nombreux essais, et il s’est aperçu qu’avec des longueurs inférieures à 8 mètres de convoyage pneumatique, il pouvait toujours se produire un départ de feu, alors qu’à partir de 8 mètres il n’en a jamais observé. En prenant en compte les divers paramètres du transport pneumatique, on peut en tous cas affirmer qu’au-delà de 10 mètres de transport pneumatique, le charbon est bien neutralisé, et il n’y a plus de risque de départ de feu. La conduite de refus 7 peut être configurée pour conduire les refus vers un broyeur 8, qui broie les particules refus, c’est-à-dire celles qui ne passent pas à travers le tamis correspondant, pour en faire des particules plus fines. On peut disposer avant le broyeur 8 un sas alvéolaire 9 ou tout autre dispositif permettant d’extraire le charbon en limitant les pertes d’air. A la sortie du broyeur 8, on dispose selon l’invention un deuxième convoyeur pneumatique 5, configuré pour convoyer les particules obtenues vers un deuxième tamiseur 6. Selon un mode préféré de réalisation de l’invention, elles peuvent être convoyées vers le premier tamiseur 6 ; dans ce mode de réalisation on dira que le deuxième tamiseur 6 est le premier tamiseur 6. Une partie du deuxième convoyeur pneumatique 5 peut consister en une partie du premier convoyeur pneumatique 5 ; le deuxième convoyeur pneumatique 5 convoie alors simplement les particules vers une entrée dans le premier convoyeur pneumatique 5. On peut aussi prévoir une simple conduite gravitaire, ou toute autre solution, qui convoie les particules vers une entrée du premier convoyeur pneumatique 5. Comme représenté sur la FIG. 1 , on peut disposer un convoyeur à vis 4 pour récupérer les particules d’un ou plusieurs broyeurs 8, et les introduire dans le premier convoyeur pneumatique 5. Selon un autre mode particulier de réalisation de l’invention, on peut s’assurer que les particules sortant des broyeurs 8 parcourent une distance d’au moins 8 mètres, de préférence au moins 10 mètres dans le deuxième convoyeur pneumatique 5 ; cette condition est respectée si les particules broyées sont récupérées en entrée du premier convoyeur pneumatique 5 comme illustré sur la FIG. 1 , et que le premier convoyeur pneumatique 5 présente une longueur d’au moins 8 mètres, de préférence au moins 10 mètres. Cette condition peut être importante du fait que lors du broyage, les particules sont cassées en plusieurs parties, et de nouveaux atomes de Carbone sont exposés. Un telle distance garantira à nouveau la neutralisation des nouvelles particules. Selon le type de broyage, il sera plus ou moins important de respecter une telle distance après le broyage. Dans certains cas, une distance inférieure pourra suffire. On peut disposer dans le premier convoyeur pneumatique 5 un séparateur densimétrique 10, de préférence à zigzags, pour séparer les corps étrangers, et les faire tomber dans un réceptacle 11 prévu à cet effet. Un tel séparateur densimétrique 10 peut consister en des plats disposés dans l’enceinte du premier convoyeur pneumatique 5, de sorte à dévier le flux de particules à plusieurs reprises, en zigzag, ce qui favorise la séparation des corps étrangers plus lourds que les particules de charbon. La plupart des corps étrangers sont généralement plus lourds que le charbon, en particulier les corps étrangers en pierre, acier et verre, et une telle solution permet généralement de purifier le charbon de manière satisfaisante. Le premier tamiseur 6 peut comprendre plusieurs étages de tamis, les particules passant dans le tamis supérieur étant confrontées à une deuxième tamis disposé juste en dessous. Ce deuxième tamis dispose également d’une conduite de refus 7, permettant de récupérer les particules qui ne passent pas ce tamis. Une telle conduite de refus 7 peut ensuite conduire les particules vers un autre broyeur 8, à broyage plus fin, ou encore vers un stockage final par exemple un grand sac 12, qui recueillera les particules de granulométrie comprise entre les seuils de coupure des deux premiers tamis. On pourra là aussi disposer un sas alvéolaire 9 ou tout autre dispositif permettant d’extraire le charbon en limitant les pertes d’air. Dans l’exemple représenté à la FIG. 1 , on dispose trois tamis les uns au-dessous des autres ; les refus du tamis supérieur sont envoyés vers un premier broyeur 8. Les particules broyées sont ensuite recueillies par un convoyeur à vis 4, et convoyées vers le transporteur pneumatique 5, qui les recycle vers le tamiseur 6. Les passants du tamis supérieur arrivent sur le tamis intermédiaire ; les refus du tamis intermédiaire sont recueillis dans une conduite de refus 7 ; de là un dérivateur peut, selon les objectifs de traitement, envoyer les particules vers un deuxième broyeur 8, d’où les particules broyées seront convoyées vers le tamiseur 6, par le moyen du convoyeur à vis 4 et du convoyeur pneumatique 5, ou alors vers un grand sac 12. Les passants du tamis intermédiaire arrivent sur le tamis inférieur ; les refus du tamis inférieur sont recueillis dans une conduite de refus 7 ; de là un dérivateur peut, selon les objectifs de traitement, envoyer les particules vers un troisième broyeur 8, d’où les particules broyées seront convoyées vers le tamiseur 6, par le moyen du convoyeur à vis 4 et du convoyeur pneumatique 5, ou alors vers un grand sac 12. Les broyeurs 8 peuvent être des broyeurs à dents, à rouleaux, à billes, à attrition, ou d’autres techniques, selon les débits, les granulométries d’entrée, et les granulométries de sortie visées ou d’autres paramètres encore. Les particules passant le troisième tamis du premier tamiseur 6 peuvent être envoyées vers un filtre 14, dans lequel on recueille l’ensemble des particules restantes, et on laisse partir l’air du convoyeur pneumatique. Les particules restantes sont alors dirigées par exemple vers un autre grand sac 12 et la conduite d’amenée vers ce grand sac 12 peut aussi être muni d’un sas alvéolaire 9 pour limiter les pertes d’air. Selon un autre mode de réalisation, les particules passant le troisième tamis du premier tamiseur 6 peuvent être transportées vers un deuxième tamiseur 6, qui peut ou non présenter plusieurs étage de tamis, et/ou des broyeurs 8 ; un tel deuxième tamiseur 6 peut permettre de recueillir d’autres granulométries de particules de charbon, et ainsi permettre de proposer une grande variété de produits différents à la sortie de l’installation. Les passants du dernier tamis du deuxième tamiseur 6 peuvent alors être envoyées au filtre 14. Selon un mode préféré de réalisation de l’invention, l’ensemble de la chaine, convoyeur pneumatique 5, tamiseur(s) 6 le cas échéant sur ses différents étages, les conduites de refus 7, le cas échéant jusqu’à leur sas alvéolaire 9, la conduite vers un filtre 14 et la sortie du filtre 14 peut être soumise à un flux d’air continu d’un bout à l’autre de la chaine. Il y a bien entendu de l’air qui s’échappe, notamment au niveau des sas alvéolaires 9, mais une ou plusieurs pompes sont réglées de telle sorte qu’il y a toujours un flux d’air accompagnant les particules passantes, et suffisamment de flux d’air pour assurer le transport des particules. Bien que la description ci-dessus se base sur des modes de réalisation particuliers, elle n’est nullement limitative de la portée de l’invention, et des modifications peuvent être apportées, notamment par substitution d’équivalents techniques ou par combinaison différente de tout ou partie des caractéristiques développées ci-dessus. Installation de traitement de particules solides, comportant au moins un premier convoyeur pneumatique (5) et un premier tamiseur (6) muni d’au moins un tamis apte à séparer des particules passantes, de dimensions inférieures à un seuil, qui traversent ledit tamis, de particules de refus, de dimensions supérieures audit seuil, qui restent sur ledit tamis, ladite installation comportant une conduite de refus (7), et lesdites particules de refus peuvent être redirigées vers ladite conduite de refus (7), caractérisé en ce que ledit premier tamiseur (6) est alimenté directement par le premier convoyeur pneumatique (5) de sorte que l’air en mouvement du premier convoyeur pneumatique (5) accompagne les particules passantes à travers ledit tamis. Installation selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle le premier convoyeur pneumatique (5) présente une longueur de parcours des particules avant l’arrivée au premier tamiseur (6) d’au moins 8 mètres, de préférence au moins 10 mètres. Installation selon l’une des revendications précédentes, comportant un vibreur à ultrasons apte à induire une vibration ultrasonique audit tamis. Installation selon l’une des revendications précédentes, comportant en outre un broyeur (8) apte à être alimenté par ladite conduite de refus (7), et à broyer les particules refus en particules plus fines, et un deuxième convoyeur pneumatique (5) qui peut ou non présenter une partie commune avec le premier convoyeur pneumatique (5), configuré pour convoyer lesdites particules plus fines vers un deuxième tamiseur (6), muni d’au moins un tamis, ledit deuxième tamiseur (6) pouvant être, ou non, le premier tamiseur (6), ledit deuxième tamiseur (6) étant alimenté directement par le deuxième convoyeur pneumatique (5) de sorte que l’air en mouvement du deuxième convoyeur pneumatique (5) accompagne les particules fines à travers au moins un tamis dudit deuxième tamiseur (6). Installation selon la revendication précédente, dans laquelle le deuxième convoyeur pneumatique (5) présente une longueur de parcours des particules entre la sortie du broyeur (8) et l’arrivée au deuxième tamiseur (6) d’au moins 8 mètres, de préférence au moins 10 mètres. Installation selon l’une des revendications précédentes, comportant un séparateur densimétrique (10), de préférence de type zigzag, configuré pour séparer des particules qui sont en cours de convoyage dans le premier convoyeur pneumatique (5). Procédé de traitement de particules solides, comportant les étapes suivantes : convoyage pneumatique des particules vers un premier tamis, passage d’une partie des particules par ledit premier tamis, l’air en mouvement du convoyage pneumatique traversant ledit premier tamis, récupération des refus du premier tamis. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel les particules solides sont des particules de charbon. Procédé selon l’une des revendications 8 ou 9, dans laquelle ledit convoyage pneumatique des particules vers un premier tamis se produit sur une longueur de parcours d’au moins 8 mètres, de préférence au moins 10 mètres. Procédé selon l’une des revendications 8 à 10, comportant en outre une étape de broyage des refus du premier tamis en particules plus fines, puis un convoyage pneumatique des particules plus fines vers un deuxième tamis, les premier et deuxième tamis pouvant, ou non, être un même tamis.