Procédé de transport d'une matière pulvérulente
La présente invention concerne un procédé de transport d'une matière pulvérulente, comme le soufre, le coke et similaires.
A l'heure actuelle, il est fréquemment nécessaire dans l'industrie de mouvoir ou d'emmagasiner des quantités relativement importantes de solides. I1 n'est pas rare que ces solides soient sous forme de grains ou particules de faible grosseur, et dans certains cas, on est obligé de les déplacer et manutentionner par des procédés qu'on utilise pour le déplacement et la manutention des fluides. Malheureusement, lorsque lesmatières pulvérulentes sont ainsi manutentionnées, et surtout lorsqu'on les laisse au repos pendant des périodes relativement brèves, il est fréquent que ces matières s'agglomèrent et ne se prêtent donc plus aux procédés de manutention des fluides. Lorsqu'il en est ainsi, on est contraint de déplacer et de séparer mécaniquement les matières pulvérulentes pour les rétablir à la forme fluide.
Afin de surmonter cet aspect indésirable de la manutention des matières pulvérulentes, diverses suggestions ont déjà été faites. Par exemple, on a proposé d'entretenir une agitation permanente pour conserver les matières dans un état fluide. Bien entendu, un tel expédient exige une alimentation constante en énergie, avec tous les frais qui en découlent, et ceci parfois détruit ou tout au moins réduit fortement toute l'économie du mode de manutention choisi. On a également proposé de mettre certaines matières pulvérulentes en suspension dans un liquide pour éliminer les problèmes caractéristiques de la manutention des matières sèches.
Malheureusement, cette solution ne s'est pas toujours révélée satisfaisante en ce qui concerne les problèmes d'agglomération, et en outre, on a pu se rendre compte que la séparation ultérieure entre les solides et le liquide n'est pas toujours facile. I1 n'est pas rare que certaines portions du liquide se perdent par adsorption sur les surfaces des particules solides.
Si pour la suspension, on utilise de l'eau ou un autre liquide bon marché, cette perte du liquide ne présente évidemment qu'un inconvénient économique peu conséquent, mais si on a recours à certains autres fluides, comme des hydrocarbures ou similaires, pour former le véhicule liquide de la suspension, la perte d'un tel véhicule liquide par adsorption sur la surface des particules solides constitue un obstacle de première grandeur pour la mise en oeuvre d'une technique économique par mise en suspension.
En conséquence, malgré les nombreuses tentatives qui ont été faites pour permettre la manutention des matières pulvérulentes à la fois rapide, facile et sans perte économique notable, un procédé qui permet de manutentionner ces matières, sans agglomération fâcheuse et sans perte inacceptable de la matière servant de véhicule n'a été jusqu'à présent qu'un souhait purement théorique.
En conséquence, le but de l'invention est de fournir un procédé économique de transport de matières pulvérulentes dans un liquide de façon à former une bouillie ou suspension du type non agglomérant, permettant la séparation ultérieure entre la matière pulvérulente et la phase liquide de la suspension sans perte notable de la phase du véhicule liquide.
Ce but est accompli par le présent procédé, qui est caractérisé en ce qu'on met la matière pulvérulente en contact avec une quantité efficace d'une matière liquide qui (a) n'est pas réactive avec la matière pulvérulente et avec le véhicule liquide, (b) est non miscible avec le véhicule liquide, et (c) mouille la matière pulvérulente mieux que le véhi cule liquide, on mélange la matière pulvérulente ainsi traitée avec le véhicule liquide pour former une bouillie; et on fait circuler cette bouillie.
On peut manutentionner une grande, variété de matériaux selon le procédé de l'invention. I1 suffit en général que ces matières soient assez finement divisées ou pulvérulentes. Sous cette forme, les matières peuvent avoir une grosseur de particules sensiblement constantes ou au contraire une granulométrie assez étendue, et elles peuvent être de forme régulière ou non. La taille et la forme des particules, en dehors de certaines limitations qui seront spécifiées plus loin, sont sans importance pour la mise en oeuvre de l'invention.
Parmi les matières qu'on peut manutentionner par les techniques de l'invention, on citera: le soufre; le charbon; les minerais naturels, comme la potasse, la roche phosphatée, la cryolithe, la bauxite, etc.; le coke; et des matières plastiques agglomérées en pastilles ou similaires, comme le polystyrène, le polyéthylène, etc. Dans les conditions économiques actuelles, le coke et le soufre se prêtent particulièrement bien à la manutention selon l'invention.
Avant de les transporter les matières pulvérulentes doivent être, le cas échéant, réduites en particules d'un diamètre ne dépassant pas environ 12,7 mm de diamètre. Bien que cette limitation à des particules de 12,7 mm ne soit en aucune façon critique, on constate sur le plan pratique qu'il serait difficile de prévoir un équipement permettant de pomper des solides d'une plus grande dimension de particules.
Dans la mesure du possible, il est recommandé de limiter cette dimension à environ 6,35 mm. D'autre part, aucune limitation connue ne s'oppose à l'utilisation du procédé de l'invention pour des particules beaucoup plus petites. Selon la nature de l'appareil servant à séparer les particules de la suspension, l'invention permet une manutention facile de particules de l'ordre du micron.
La matière liquide mentionnée ci-dessus peut être choisie parmi une grande variété de matières, en tenant compte de la nature de la matière pulvérulente et du véhicule liquide utilisés. Parmi les nombreuses matières utilisables, on citera: l'eau ; les hydrocarbures normalement liquides et en particulier les isopentane, hexane, heptane, essence, pétrole lampant ou fuel diesel, et le fuel de soute; et les-hydro- carbures aromatiques comme les benzène, toluène et xylène et leurs dérivés, y compris les hydrocarbures aromatiques alkylés comme les dodécylbenzène, octyltoluène, etc. On peut également utiliser dans ce but des alcools en C à environ CG. Parmi ces alcools, on mentionnera les alcools primaires, secondaires, tertiaires et des mélanges de deux ou plusieurs types d'alcools.
On peut également utiliser des cétones comme l'acétone, la 2-butanone et la 3pentanone, de même que les hydrocarbures halogénés, comme les tétrachlorure de carbone, dichioro- méthane, dichloroéthane, etc. De plus, lorsque la matière pulvérulente est le soufre, le sulfure de carbone constitue un agent de récupération efficace.
Comme il a été déjà dit, on mélange la matière pulvérulente avec une quantité efficace de ladite matière liquide. En général, la quantité la plus efficace de cet agent est celle qui est nécessaire pour saturer à peu près complètement la matière pulvérulente. On a néanmoins obtenu certains résultats améliorés en utilisant une quantité plus petite que celle nécessaire pour saturer complètement la matière pulvérulente. En général, il convient d'utiliser au moins 50 /o environ en poids de la quantité nécessaire pour saturer entièrement la matière pulvérulente, et on préfère une quantité égale à au moins 90 /o en poids.
De même que pour le choix des matières pulvérulentes, on dispose d'une grande latitude pour choisir le véhicule liquide, selon le système utilisé. En général, toute matière qui est inerte vis-à-vis des autres constituants du système et qui est un liquide pompable dans des conditions d'un pipeline, convient techniquement. Dans le cadre du choix ainsi offert, on déterminera le véhicule liquide à utiliser en tenant compte du caractère de la matière liquide sus-mentionnée et de la nature de la matière pulvérulente.
Par exemple, tout hydrocarbure normalement liquide, y compris le pétrol brut et tous les hydrocarbures normalement liquides énumérés plus haut, conviennent dans certaines circonstantes comme véhicule liquide pour l'invention. Outre ces hydrocarbures, on peut utiliser l'eau ou la saumure lorsqu'on choisit un agent de récupération hydrophobe, et en fait, le faible prix de l'eau milite en faveur de son choix comme véhicule liquide, à chaque fois que les circonstances le permettent.
La bouillie ou suspension qu'on forme selon les enseignements de l'invention peut présenter une gamme étendue de concentrations de solides. On a trouvé qu'on peut utiliser jusqu'à environ 95 O/o en poids de l'ensemble de matière pulvérulente et la matière liquide, si les installations de pompage dont on dispose le permettent. Cependant, en vue de réduire les exigences d'énergie pour le pompage, on préfère que la concentration totale du solide et de la matière liquide représente environ 30 à 60 O/o du poids de la suspension totale. On a également trouvé que pour un système de coke, d'eau et de pétrole lampant, la concentration avantageuse optimale est d'environ 50 o/o en poids de coke et d'eau.
Comme il a déjà été dit, on commence par mélanger la matière pulvérulente avec la matière liquide. On peut réaliser ce mélange par toute technique bien connue, et d'une façon générale on commence par introduire la matière pulvérulente dans un excès de cette matière liquide et ensuite on agite le mélange jusqu'à obtenir un enrobage total des particules par cet agent de récupération. On peut généralement déterminer au préalable la quantité de la matière liquide qui sera nécessaire pour une granulométrie particulière de la matière pulvérulente. Une telle détermination préalable n'est cependant pas indispensable.
Au lieu de cela, on peut ajouter la matière pulvérulente à un excès de ladite matière liquide et après agitation pour saturer la matière pulvérente, on peut séparer le mélange par une simple technique par gravité, par exemple par tamisage ou en ouvrant une vidange dans le fond du récipient contenant la suspension. On a trouvé qu'un faible excès de la matière liquide ne dépassant pas environ 5 /o, n'est pas nuisible pour la mise en oeuvre du procédé, bien que les considérations économiques optimales militent contre un tel excès, lorsque cela est possible.
Eventuellement, on peut utiliser une filtration sous vide pour séparer l'excès de la matière pulvérulente, bien qu'il ne soit nullement nécessaire d'avoir recours à des procédés élaborés de cette nature.
Une fois que la matière pulvérulente a été mélangée avec la matière liquide on peut la combiner avec le véhicule liquide pour former une bouillie ou suspension par plusieurs techniques bien connues. Le plus couramment, on pompe la matière pulvérulente dans un pipeline contenant le véhicule liquide. En faisant varier les taux relatifs de pompage du véhicule liquide et de matière pulvérulente, on peut obtenir une suspension ayant toute consistance désirée.
Par ailleurs, un procédé discontinu est également possible, et dans ce cas, on introduit la matière pulvérulente dans une cuve contenant la quantité voulue de véhicule liquide, en procédant sous agitation. On peut ensuite envoyer la suspension vers le pipeline, ou on peut la laisser dans la cuve jusqu'au moment propice pour son utilisation ou transport.
De même que la formation de la bouillie est une opération assez simple qui ne présente aucune difficulté pour les spécialistes, de même, la séparation de cette bouillie ne pose aucun problème quand on utilise les techniques et les appareils usuels dans ce domaine. On a trouvé par exemple qu'un hydrocyclone convient parfaitement pour enlever les particules solides du véhicule liquide. Couramment, lorsqu'on utilise un hydrocyclone dans ce but, il sera recommandé de procéder à plusieurs passages à travers l'hydrocyclone, le nombre des passages dépendant de la pureté désirée des produits séparés. De plus, on peut avoir recours à un simple filtrage, par exemple un filtrage à travers plusieurs nappes de copeaux, pour éliminer des particules relativement petites du véhicule liquide qui sort de l'hydrocyclone.
En général, les particules qu'il convient d'éliminer par filtration sont d'une granulométrie au-dessous de 5 microns environ.
La combinaison d'un hydrocyclone avec un filtre mécanique n'est pas du tout le seul moyen approprié pour la séparation. De nombreux autres systèmes sont possibles, et notamment la flottation, la précipitation d'un gel, la filtration, etc., qui sont familiers aux spécialistes, et en tout cas aucun caractère critique ne s'attache au procédé de séparation.
Après que les constituants de la suspension ont ainsi été séparés, il est fréquemment désirable d'éliminer la matière liquide de la matière pulvérulente.
Ici encore, on dispose d'une grande variété de procédés possibles pour une telle séparation, en tenant compte de la nature de cet agent et de la nature de la matière pulvérulente. Le plus souvent on chauffera la matière pulvérulente pour vaporiser et chasser la matière liquide adsorbée sur elle. Ainsi, pour un mélange d'eau et de coke, il suffit de chauffer le coke à environ 1500 C pour le sécher entièrement et le rétablir dans son état initial. Il n'est cependant pas exclu qu'on ne désire pas procéder à la séparation par chauffage entre la matière pulvérulente et la matière liquide et ceci pour diverses raisons possibles, parmi lesquelles la dégradation thermique possible des matières en question.
Dans ces conditions, il peut être nécessaire d'utiliser un solvant sélectif, dont le choix sera évidemment régi par la nature des matières à traiter, ou en variante, on peut procéder par réduction de pression pour évaporer le liquide.
De toute façon, la séparation entre la matière pulvérulente et la matière liquide ne sera pas toujours nécessaire, et quand elle l'est, le processus exact est une simple affaire de choix ne présentant aucune difficulté pour le spécialiste.
Dans une forme préférée de la mise en oeuvre de l'invention, on forme une bouillie comprenant du coke, de l'eau, et un hydrocarbure normalement liquide, de préférence l'essence ou le pétrole lampant. Dans une combinaison de coke, d'eau et d'hydrocarbure, on préfère que la quantité de coke et d'eau représente globalement de 40 à 60 o/o du poids de la boullie. En outre, si l'on mélange le coke à l'eau avant de former la bouillie, il est préférable que l'eau soit à une température au-dessus de 600 C environ, et de préférence, sous forme de vapeur d'eau qui sature le coke.
Dans l'étude qui a été faite jusqu'à présent de la présente invention, on a suggéré un grand choix de matières pour chacun des trois constituants principaux de la bouillie. Ces matières peuvent être combinées en un grand nombre de combinaisons différentes. Certaines de ces combinaisons sont énumérées dans le tableau ci-après. Bien entendu, toutes ces combinaisons ne présentent aucun caractère limitatif de l'invention, et d'autres possibilités viendront facilement à l'esprit des spécialistes.
Tableau Matière pulvérulente Matière liquide Véhicule liquide
Soufre Pétrole lampant Eau
Charbon Eau Fuel de soute paillettes de
polyéthylène Toluène Eau
Soufre Sulfure de
carbone Eau
Potasse Glycérine Essence de qualité
ordinaire
Cryolithe Eau Pétrole lampant
Polystyrène Xylène Eau
Coke Eau Essence de qualité
ordinaire
Potasse Glycérine Huile brute
Exemple 1
On plonge dans un récipient rempli de pétrole lampant environ 15 g de soufre pulvérulent dont la granulométrie approximative est comprise entre 5 microns et 3,2 mm. Apès agitation, on divise le mélange de soufre et de pétrole lampant en deux portions, et on permet au pétrole de se drainer par gravité de la première de ces deux portions. On place la seconde portion dans un filtre sous vide pour éliminer le pétrole.
Par la suite, on ajoute chacune de ces deux portions de soufre chargé de pétrole lampant à une quantité suffisante d'eau pour former une bouillie de 30 /o en poids de soufre-pétrole lampant dans l'eau. On laisse reposer les deux bouillies dans un bécher pendant 12 heures environ et on ne constate aucune agglomération du soufre. Bien qu'on observe un certain dépôt du soufre, il est facile de le remettre en suspension dans l'eau par le simple expédient consistant à mettre le bécher la tête en bas.
Aux fins de comparaison, on introduit directement environ 10 g de soufre du même type qu'au paragraphe précédent dans l'eau pour former une suspension de soufre dans l'eau dont le soufre constitue environ 30 /o du poids total. On place cette suspension dans un bécher et on laisse reposer pendant 12 heures environ. A la fin de ce laps de temps, on constate une agglomération notable du soufre dans le fond de la phase aqueuse. Le simple fait d'inverser le bécher comme précédemment ne permet pas de remettre le soufre en suspension, mais on est obligé de secouer vigoureusement et longtemps le bécher pour obtenir la remise en suspension désirée.
Exemple 2
Avant de procéder à l'essai conduisant aux résultats qui seront présentés dans cet exemple, on assemble l'équipement nécessaire. Celui-ci comprend un réservoir ouvert dans le haut d'une capacité d'environ 114 litres et ayant une entrée et une sortie. On raccorde à l'entrée et à la sortie du réservoir les extrémités d'une conduite en forme de boucle ayant environ 19 mm de diamètre et 9 mètres de longueur. A une distance d'environ 1,5 mètre de la sortie du réservoir et en communication avec l'intérieur de la conduite, on installe une pompe centrifuge à vitesse variable qui fonctionne pour refouler du fluide à travers la conduite en boucle et le réservoir.
On place une certaine longueur d'une tubulure transparente dans la conduite en une position à peu près à michemin de l'entrée et de la sortie, pour permettre d'observer les conditions d'écoulement dans la conduite.
Avant la première série d'essais, on remplit la conduite et le réservoir avec du pétrole lampant
Au début on introduit lentement du coke sans agent de récupération dans le réservoir tout en agitant le pétrole à l'intérieur de celui-ci pour assurer la mise en suspension du coke. Après que 35 /o en poids environ du mélange de coke et de pétrole lampant ont été formés, on met la pompe en route et on observe un écoulement turbulent dans la conduite.
Lors de l'écoulement initial, aucun problème particulier ne gêne l'écoulement de la bouillie de coke et de pétrole. Afin de simuler un arrêt de l'équipement, on interrompt le fonctionnement de la pompe centrifuge et on laisse tout le circuit au repos pendant 15 heures environ. A la fin de cette période, on observe dans la tubulure transparente que le coke se dépose dans le fond et qu'une phase relativement limpide de pétrole lampant forme une couche au-dessus du coke. Les tentatives pour rétablir l'installation aux conditions Id'écoulement ne sont pas couronnées de succès car des fragments assez gros de coke aggloméré sont arrachés du lieu de leur formation et tendent à colmater la conduite en plusieurs endroits.
Il se révèle nécessaire d'amorcer l'écoulement dans des conditions laminaires, et on est en outre obligé d'utiliser du pétrole lampant pur et non pas la bouillie de coke dans le pétrole lampant, au cours des stades initiaux de la mise en marche de l'installation. En outre, le coke aggloméré ne revient pas facilement en suspension mais tend à rester dans le fond sous une forme agglomérée, même après le début de la mise en circulation du pétrole lampant pur.
Un essai d'utilisation d'une concentration de 40 o/o de coke dans le pétrole lampant se termine par un échec complet, la conduite étant entièrement colmatée.
On sépare ensuite la bouillie de pétrole lampant et de coke dans un hydrocyclone et on chauffe le coke relativement sec pour chasser le pétrole adsorbé.
On constate qu'environ 12 /o du pétrole lampant utilisé sont perdus par adsorption sur le coke, et aussi des températures d'environ 5000 C sont nécessaires pour éliminer le pétrole du coke. On mélange ensuite intimement une certaine quantité de coke avec un excès d'eau de ville ordinaire, et on permet à l'excès d'eau de se drainer du coke. On mélange lentement le coke imbibé d'eau avec du pétrole lampant frais dans le réservoir. De même que dans le cas du coke non traité, on agite constamment le mélange pendant l'introduction du coke imbibé d'eau.
La bouillie résultante présente environ 50 O/o en poids d'eau et de coke.
On pompe ensuite le mélange dans la boucle d'essai dans des conditions d'écoulement turbulent, et on ne rencontre aucune difficulté de manutention du mélange coke-eau-pétrole lampant. Ensuite, on arrête la pompe centrifuge et on laisse reposer toute l'installation pendant 15 heures environ. Après ce laps de temps, on ne constate aucune agglomération, et dès qu'on remet la pompe en route, la bouillie commence à progresser dans le circuit sans le colmater.
Il n'est pas nécessaire d'utiliser du pétrole lampant pur pour rétablir le circuit, ni d'augmenter progres- sivement la vitesse de la pompe pendant le processus.
On soutire une portion de la bouillie de l'installation et on la sépare dans un hydrocyclone. On chauffe le coke imbibé d'eau à environ 1500 C pour éliminer l'eau adsorbée, et on constate qu'environ
1,5 0/o du pétrole lampant est perdu pendant ce processus.
Exemple 3
On plonge dans un récipient rempli d'eau environ
120 g de coke d'une granulométrie comprise entre environ 5 et 590 microns. Après agitation, on laisse drainer l'eau en excès du coke par gravité et on introduit le coke qui est imbibé d'eau dans une quantité suffisante d'essence de qualité ordinaire pour former une suspension à 30 0/0 en poids de coke dans l'essence. On place la bouillie dans un bécher et on laisse reposer pendant 12 heures environ. A la fin de cette période, on n'observe aucune agglomération du coke. Bien qu'une certaine partie du coke se soit déposée, il suffit pour la remise en suspension du coke dans l'essence de mettre le bécher la tête en bas.
Aux fins de comparaison, on ajoute environ 120 g de coke du même type que dans l'exemple cidessus directement à l'essence pour former une bouillie de coke dans l'essence, cette bouillie comprenant environ 30 /o en poids de coke. Après mélange de la bouillie, on la place dans un bécher et t on laisse reposer pendant 12 heures environ. A la fin de ce laps de temps, on constate une agglomération importante du coke dans le fond de la phase d'essence et on constate également qu'une simple inversion du bécher ne permet pas la remise en suspension du coke dans l'essence. En fait, on est obligé de secouer vigoureusement et pendant longtemps le bécher pour obtenir la remise en suspension désirée.
On filtre le coke imbibé d'eau de l'essence et on le chauffe à environ 1500 C pour chasser l'eau. De même, on filtre le coke non traité de l'essence et on le chauffe pour chasser les résidus d'essence. On constate qu'aucune perte d'essence n'a lieu dans le cas du coke imbibé d'eau, tandis que pour le coke non traité, la perte de l'essence initialement utilisée est de l'ordre de 12 /o pendant le processus de séchage. En outre, on est obligé de chauffer le coke non traité à environ 5000 C : pour chasser entièrement l'essence.
Method of transporting a pulverulent material
The present invention relates to a method of conveying a powder material, such as sulfur, coke and the like.
At present, it is frequently necessary in industry to move or store relatively large amounts of solids. It is not uncommon for these solids to be in the form of small grains or particles, and in some cases they are required to be moved and handled by methods used for the movement and handling of fluids. Unfortunately, when powdery materials are handled in this way, and especially when left to stand for relatively short periods of time, it is common for these materials to clump together and therefore no longer lend themselves to fluid handling processes. When this is so, one is forced to move and mechanically separate the pulverulent materials to restore them to the fluid form.
In order to overcome this undesirable aspect of handling powdered materials, various suggestions have already been made. For example, it has been proposed to maintain permanent agitation to keep the materials in a fluid state. Of course, such an expedient requires a constant supply of energy, with all the costs which result therefrom, and this sometimes destroys or at least greatly reduces the entire economy of the chosen handling method. It has also been proposed to suspend certain powdery materials in a liquid to eliminate the problems characteristic of handling dry materials.
Unfortunately, this solution has not always been found to be satisfactory as regards the problems of agglomeration, and furthermore, it has been found that the subsequent separation between solids and liquid is not always easy. It is not uncommon for some portions of the liquid to be lost by adsorption to the surfaces of solid particles.
If water or another inexpensive liquid is used for the suspension, this loss of liquid obviously has only a small economic disadvantage, but if certain other fluids, such as hydrocarbons or the like, are used for form the liquid vehicle of the suspension, the loss of such a liquid vehicle by adsorption on the surface of the solid particles constitutes an obstacle of the first magnitude for the implementation of an economical technique by suspension.
Accordingly, despite the many attempts that have been made to permit the handling of powdery materials both quickly, easily and without significant economic loss, a process which allows these materials to be handled without undesirable agglomeration and without unacceptable loss of the material used. vehicle development has so far only been a purely theoretical wish.
Consequently, the object of the invention is to provide an economical method of transporting pulverulent materials in a liquid so as to form a slurry or suspension of the non-agglomerating type, allowing the subsequent separation between the pulverulent material and the liquid phase of the mixture. suspension without appreciable loss of liquid vehicle phase.
This object is accomplished by the present process, which is characterized in that the powdery material is brought into contact with an effective amount of a liquid material which (a) is unreactive with the powdery material and with the liquid carrier. , (b) is immiscible with the liquid vehicle, and (c) wets the powder material better than the liquid vehicle, mixing the powder material thus treated with the liquid vehicle to form a slurry; and we circulate this porridge.
A wide variety of materials can be handled according to the process of the invention. It is generally sufficient that these materials are fairly finely divided or powdery. In this form, the materials may have a substantially constant particle size or, on the contrary, a fairly large particle size, and they may or may not be regular in shape. The size and shape of the particles, apart from certain limitations which will be specified later, are of no importance for the implementation of the invention.
Among the materials which can be handled by the techniques of the invention, mention will be made of: sulfur; the coal; natural ores, such as potash, phosphate rock, cryolite, bauxite, etc .; coke; and plastics agglomerated into pellets or the like, such as polystyrene, polyethylene, etc. Under current economic conditions, coke and sulfur lend themselves particularly well to handling according to the invention.
Before transporting them, the powdered substances must be, if necessary, reduced to particles with a diameter not exceeding about 12.7 mm in diameter. While this limitation to 12.7mm particles is not in any way critical, it is practically recognized that it would be difficult to provide equipment to pump solids of larger particle size.
If possible, it is recommended to limit this dimension to approximately 6.35 mm. On the other hand, no known limitation opposes the use of the process of the invention for much smaller particles. Depending on the nature of the apparatus used to separate the particles from the suspension, the invention allows easy handling of particles of the order of one micron.
The liquid material mentioned above can be selected from a wide variety of materials, taking into account the nature of the powder material and the liquid vehicle used. Among the many materials that can be used, we will mention: water; normally liquid hydrocarbons and in particular isopentane, hexane, heptane, gasoline, kerosene or diesel fuel oil, and bunker fuel; and aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene and xylene and their derivatives, including alkylated aromatic hydrocarbons such as dodecylbenzene, octyltoluene, etc. C alcohols at about GC can also be used for this purpose. Among these alcohols, mention will be made of primary, secondary, tertiary alcohols and mixtures of two or more types of alcohols.
It is also possible to use ketones such as acetone, 2-butanone and 3pentanone, as well as halogenated hydrocarbons, such as carbon tetrachloride, dichioromethane, dichloroethane, etc. In addition, when the powder material is sulfur, carbon disulfide is an effective recovery agent.
As has already been said, the pulverulent material is mixed with an effective amount of said liquid material. In general, the most effective amount of this agent is that necessary to nearly completely saturate the powder material. Some improved results have, however, been obtained by using a smaller amount than necessary to completely saturate the powder material. In general, at least about 50% by weight of the amount needed to fully saturate the powder material should be used, and at least 90% by weight is preferred.
As with the choice of pulverulent materials, there is great latitude in choosing the liquid vehicle, depending on the system used. In general, any material which is inert to other components of the system and which is a pumpable liquid under pipeline conditions is technically suitable. In the context of the choice thus offered, the liquid vehicle to be used will be determined taking into account the character of the above-mentioned liquid material and the nature of the pulverulent material.
For example, any normally liquid hydrocarbon, including crude petroleum and all of the normally liquid hydrocarbons listed above, are suitable in certain circumstances as the liquid vehicle for the invention. Besides these hydrocarbons, water or brine can be used when choosing a hydrophobic recovery agent, and in fact, the low price of water militates in favor of its choice as a liquid vehicle, whenever the circumstances require. allow it.
The slurry or suspension formed according to the teachings of the invention can exhibit a wide range of solid concentrations. It has been found that up to about 95% by weight of the powdery material and liquid material can be used, if available pumping facilities permit. However, in order to reduce the energy requirements for pumping, it is preferred that the total concentration of solid and liquid matter be about 30 to 60% of the weight of the total slurry. It has also been found that for a coke, water and kerosene system, the optimum preferred concentration is about 50% by weight of coke and water.
As has already been said, one starts by mixing the pulverulent material with the liquid material. This mixture can be carried out by any well-known technique, and in general one begins by introducing the pulverulent material into an excess of this liquid material and then the mixture is stirred until a total coating of the particles is obtained with this conditioning agent. recovery. It is generally possible to determine beforehand the amount of the liquid material which will be necessary for a particular particle size of the pulverulent material. Such a prior determination is however not essential.
Instead, the powder material can be added to an excess of said liquid material and after stirring to saturate the powder material, the mixture can be separated by a simple gravity technique, for example by sieving or by opening a drain in the tank. bottom of the container containing the suspension. It has been found that a small excess of the liquid material, not exceeding about 5%, is not detrimental to the operation of the process, although optimum economic considerations militate against such an excess, where possible.
Optionally, vacuum filtration can be used to separate excess powder material, although there is no need to resort to elaborate methods of this nature.
Once the pulverulent material has been mixed with the liquid material it can be combined with the liquid vehicle to form a slurry or suspension by several well known techniques. Most commonly, the powder material is pumped through a pipeline containing the liquid vehicle. By varying the relative pumping rates of liquid vehicle and powdery material, a slurry of any desired consistency can be obtained.
Furthermore, a batch process is also possible, and in this case, the pulverulent material is introduced into a tank containing the desired quantity of liquid vehicle, while proceeding with stirring. The slurry can then be sent to the pipeline, or it can be left in the tank until the time is right for use or transport.
Just as the formation of the slurry is a fairly simple operation which presents no difficulty for specialists, likewise, the separation of this slurry does not pose any problem when the techniques and apparatus customary in this field are used. It has been found, for example, that a hydrocyclone is ideally suited for removing solid particles from the liquid vehicle. Commonly, when using a hydrocyclone for this purpose, it will be recommended to make several passes through the hydrocyclone, the number of passes depending on the desired purity of the separated products. In addition, simple filtering, for example filtering through several layers of chips, can be used to remove relatively small particles from the liquid vehicle exiting the hydrocyclone.
In general, the particles which should be removed by filtration are of a particle size below about 5 microns.
The combination of a hydrocyclone with a mechanical filter is not at all the only suitable means of separation. Many other systems are possible, including flotation, gel precipitation, filtration, etc., which are familiar to those skilled in the art, and in any event no criticality attaches to the separation process.
After the components of the slurry have thus been separated, it is frequently desirable to remove the liquid material from the powder material.
Here again, a wide variety of possible methods are available for such a separation, taking into account the nature of this agent and the nature of the pulverulent material. Most often the pulverulent material will be heated to vaporize and expel the liquid material adsorbed on it. Thus, for a mixture of water and coke, it suffices to heat the coke to around 1500 ° C. to dry it completely and restore it to its initial state. However, it is not excluded that it is not desired to proceed with the separation by heating between the pulverulent material and the liquid material and this for various possible reasons, among which the possible thermal degradation of the materials in question.
Under these conditions, it may be necessary to use a selective solvent, the choice of which will obviously be governed by the nature of the materials to be treated, or as a variant, it is possible to proceed by pressure reduction in order to evaporate the liquid.
Either way, the separation between the powdery material and the liquid material will not always be necessary, and when it is, the exact process is a simple matter of choice without any difficulty for the specialist.
In a preferred form of carrying out the invention, a slurry is formed comprising coke, water, and a normally liquid hydrocarbon, preferably gasoline or kerosene. In a combination of coke, water and hydrocarbon, it is preferred that the amount of coke and water be generally 40 to 60% of the weight of the baking powder. Further, if the coke is mixed with water before forming the slurry, it is preferable that the water is at a temperature above about 600 C, and preferably, in the form of water vapor. that saturates the coke.
In the heretofore consideration of the present invention, a variety of materials have been suggested for each of the three main constituents of the slurry. These materials can be combined in a large number of different combinations. Some of these combinations are listed in the table below. Of course, all these combinations do not present any limiting nature of the invention, and other possibilities will easily come to the mind of specialists.
Table Powder material Liquid material Liquid vehicle
Sulfur Lamp oil Water
Coal Water Fuel bunker flakes
polyethylene Toluene Water
Sulfur Sulfide
carbon Water
Potash Glycerin Quality Essence
ordinary
Cryolite Water Lamp oil
Polystyrene Xylene Water
Coke Water Quality gasoline
ordinary
Potash Glycerin Crude oil
Example 1
About 15 g of pulverulent sulfur, the approximate particle size of which is between 5 microns and 3.2 mm, are immersed in a receptacle filled with kerosene. After stirring, the mixture of sulfur and kerosene is divided into two portions, and the oil is allowed to drain by gravity from the first of these two portions. The second portion is placed in a vacuum filter to remove the oil.
Subsequently, each of these two portions of sulfur loaded with kerosene is added to a sufficient quantity of water to form a slurry of 30% by weight of sulfur-kerosene in water. The two slurries are left to stand in a beaker for about 12 hours and no agglomeration of the sulfur is observed. Although some deposition of sulfur is observed, it is easily resuspended in water by the simple expedient of turning the beaker upside down.
For the purposes of comparison, approximately 10 g of sulfur of the same type as in the previous paragraph are introduced directly into the water to form a suspension of sulfur in water, the sulfur of which constitutes approximately 30% of the total weight. This suspension is placed in a beaker and left to stand for about 12 hours. At the end of this time, a notable agglomeration of the sulfur is observed in the bottom of the aqueous phase. The simple fact of inverting the beaker as before does not allow the sulfur to be resuspended, but one is obliged to shake the beaker vigorously and for a long time to obtain the desired resuspension.
Example 2
Before proceeding with the test leading to the results which will be presented in this example, the necessary equipment is assembled. This comprises an open top tank with a capacity of about 114 liters and having an inlet and an outlet. The ends of a loop-shaped pipe approximately 19 mm in diameter and 9 meters in length are connected to the inlet and the outlet of the reservoir. At a distance of about 1.5 meters from the outlet of the reservoir and in communication with the interior of the pipe, a variable speed centrifugal pump is installed which operates to deliver fluid through the loop pipe and the reservoir.
A length of transparent tubing is placed in the pipe at a position approximately midway between the inlet and the outlet, to allow observation of the flow conditions in the pipe.
Before the first series of tests, the pipe and the tank are filled with kerosene
At the start, coke without recovery agent is slowly introduced into the tank while stirring the petroleum inside it to ensure the suspension of the coke. After about 35% by weight of the mixture of coke and kerosene has been formed, the pump is started and turbulent flow is observed in the pipe.
During the initial flow, no particular problem impedes the flow of the coke and petroleum slurry. In order to simulate a shutdown of the equipment, the operation of the centrifugal pump is interrupted and the whole circuit is left at rest for about 15 hours. At the end of this period, it is observed in the transparent tubing that the coke settles to the bottom and that a relatively clear phase of kerosene forms a layer above the coke. Attempts to restore the installation to flow conditions are not successful because large enough fragments of agglomerated coke are torn from the place of their formation and tend to clog the pipe in several places.
It is necessary to initiate the flow under laminar conditions, and furthermore one is obliged to use pure kerosene, not the coke slurry in the kerosene, during the initial stages of start-up. of the installation. In addition, the agglomerated coke does not easily come back into suspension but tends to remain in the bottom in an agglomerated form, even after the start of circulation of pure kerosene.
An attempt to use a 40% concentration of coke in kerosene ended in complete failure, the pipe being completely clogged.
The kerosene and coke slurry is then separated in a hydrocyclone and the relatively dry coke is heated to remove the adsorbed oil.
It is found that about 12% of the kerosene used is lost by adsorption on the coke, and also temperatures of about 5000 C are required to remove the petroleum from the coke. A quantity of coke is then thoroughly mixed with an excess of ordinary tap water, and the excess water is allowed to drain from the coke. The water soaked coke is slowly mixed with fresh kerosene in the tank. As in the case of untreated coke, the mixture is constantly agitated during the introduction of the water-soaked coke.
The resulting slurry has about 50% by weight of water and coke.
The mixture is then pumped through the test loop under turbulent flow conditions, and no difficulty is encountered in handling the coke-water-kerosene mixture. Then, the centrifugal pump is stopped and the whole installation is left to stand for about 15 hours. After this period of time, no agglomeration is observed, and as soon as the pump is restarted, the mixture begins to progress in the circuit without clogging it.
It is not necessary to use pure kerosene to restore the circuit, nor to gradually increase the speed of the pump during the process.
A portion of the slurry is withdrawn from the installation and separated in a hydrocyclone. The water-soaked coke is heated to about 1500 C to remove the adsorbed water, and it is found that about
1.5 0 / o of the kerosene is lost during this process.
Example 3
Immerse in a container filled with water approximately
120 g of coke with a particle size between approximately 5 and 590 microns. After stirring, the excess water is allowed to drain from the coke by gravity and the coke which is soaked in water is introduced into a sufficient quantity of ordinary grade gasoline to form a suspension of 30% by weight of coke in. gasoline. Place the porridge in a beaker and let stand for about 12 hours. At the end of this period, no agglomeration of the coke is observed. Although some of the coke has settled, it is sufficient to resuspend the coke in the gasoline by turning the beaker upside down.
For comparison, about 120 g of coke of the same type as in the example above is added directly to the gasoline to form a coke-in-gasoline slurry, this slurry comprising about 30% by weight of coke. After mixing the slurry, it is placed in a beaker and left to stand for about 12 hours. At the end of this period of time, there is a significant agglomeration of the coke at the bottom of the gasoline phase and it is also noted that a simple inversion of the beaker does not allow the coke to be resuspended in the gasoline. In fact, one is obliged to shake the beaker vigorously and for a long time to obtain the desired resuspension.
The water-soaked coke is filtered from the gasoline and heated to about 1500 C to drive off the water. Likewise, untreated coke is filtered from gasoline and heated to remove gasoline residue. It can be seen that no loss of gasoline takes place in the case of coke soaked in water, while for untreated coke, the loss of gasoline initially used is of the order of 12 / o during the drying process. In addition, it is necessary to heat the untreated coke to about 5000 C: to completely remove the gasoline.