CH720767A1 - Système de surveillance adapté pour surveiller et/ou piloter un processus de filtration d'une boue sous pression - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne un système de surveillance (2) adapté pour surveiller et/ou piloter un processus de filtration d'une boue sous pression, sur la base de données collectées par au moins un capteur (Q1, Q2, Q3...Qn) et une première unité de calcul (U1) adaptée pour collecter et traiter les données transmises par ledit au moins un capteur afin de déterminer ou d'ajuster en temps réel au moins un paramètre de filtration. Elle concerne également un réacteur de filtration équipé d'un tel système de surveillance. Elle concerne également un procédé de filtration de boue mis en oeuvre et surveille par un tel système de surveillance, ainsi qu'un procédé de planification de maintenance.

Description

Domaine technique

[0001] La présente invention concerne le domaine de la filtration, en particulier la filtration industrielle. Un liquide est filtré à partir de particules solides qui forment ce que l'on appelle un gâteau. La présente invention concerne un dispositif ou un système adapté pour caractériser le gâteau pendant le processus de filtration. La présente invention concerne également une méthode d'optimisation des paramètres de filtration en fonction des paramètres mesurés, soit en temps réel, soit d'un lot à l'autre. Elle concerne également une méthode prédictive de filtration dans laquelle au moins certains paramètres peuvent être prédéterminés pour une filtration optimisée, ou pour anticiper une opération de maintenance.

Etat de la technique

[0002] Les procédés de filtration sont largement utilisés dans l'industrie pour extraire des liquides de matériaux solides. De grands réacteurs de filtration sont utilisés à cette fin, dans lesquels le mélange à filtrer est placé sur un filtre et pressé de manière à ce que le liquide passe à travers le filtre. Une pression de gaz est généralement utilisée. Un exemple de ce type d'opération de filtration est communément appelé filtration de type Nutsche. La boue fluide est placée dans un réacteur de filtration afin que le liquide soit filtré des particules solides, qui forment un gâteau. Cependant, sous l'effet de la pression, le gâteau en formation oppose une résistance à l'écoulement du liquide, ce qui nécessite une étape supplémentaire de déliquoration du gâteau. L'étape de déliquoration est largement basée sur l'expérience empirique et n'est pas entièrement contrôlée. Le temps nécessaire à cette étape peut varier dans une large mesure sans que l'on puisse le prévoir. Par conséquent, le temps de production ou la qualité d'un lot peut varier de manière significative, ce qui peut entraîner des pertes financières.

[0003] Certains dispositifs de détection ont été développés pour déterminer le point spécifique où le liquide traverse la surface du gâteau solide. Ce moment est considéré comme un paramètre important dans le processus de filtration. Le document US4929829 divulgue un capteur laser adapté à une telle détection. Le document US20110184696 décrit un capteur optique adapté à la détermination non destructive de l'épaisseur du gâteau, qui est un autre paramètre susceptible d'entrer en ligne de compte dans un processus de filtration.

[0004] Cependant, dans la pratique, il est encore possible d'améliorer la connaissance de la filtration, en particulier de l'étape de déliquoration, et de fournir une méthode permettant d'effectuer la filtration dans des conditions reproductibles et/ou dans un délai prédictif.

Bref résumé de l'invention

[0005] Un but de la présente invention est de fournir un dispositif adapté pour contrôler les paramètres de filtration, en particulier pour fournir un programme de filtration de manière reproductible. Il s'agit de déterminer en temps réel au moins certains des paramètres du procédé afin de pouvoir contrôler et/ou ajuster automatiquement le procédé de filtration. Un autre but de la présente invention est de fournir un dispositif ou un système adapté pour construire ou optimiser une méthode de filtration pour un produit donné à filtrer sur la base d'un ou de plusieurs paramètres détectés.

[0006] Un autre objectif de l'invention est la fourniture d'un réacteur de filtration adapté à la définition de paramètres de filtration optimaux et au fonctionnement d'un processus de filtration optimal, en particulier dans lequel le temps de filtration est réduit à une valeur minimale.

[0007] Un autre but de la présente invention est de fournir un capteur optique adapté à la détection de la surface du matériau en cours de filtration afin de déterminer ou d'ajuster automatiquement certains paramètres de filtration lorsque la nature de la surface varie.

[0008] Un autre objectif de la présente invention est de proposer un procédé de filtration optimisé d'une boue sous pression ou cycles de pression, dans lequel le temps de filtration est réduit à une valeur minimale.

[0009] Un autre but de la présente invention est de fournir une méthode de simulation permettant d'évaluer le temps de filtration d'une boue.

[0010] C'est un autre but de la présente invention de fournir un procédé pour anticiper ou détecter la nécessité d'une opération de maintenance, basé sur les paramètres détectés d'une filtration, en particulier, basé sur la pression, le profil de pression ou le temps de filtration.

[0011] Selon l'invention, ces buts sont atteints par l'objet des revendications indépendantes ci-jointes, et mieux définies dans les revendications dépendantes.

[0012] Par rapport à ce qui est connu dans l'art, l'invention offre l'avantage de pouvoir appliquer des paramètres de filtration reproductibles, d'anticiper ou de simuler le temps de filtration, de planifier certaines opérations de maintenance afin de maintenir l'équipement dans des conditions optimales. D'autres avantages apparaîtront clairement dans la description qui suit.

Brève description des figures

[0013] Des exemples de réalisation de l'invention sont présentés dans la description et illustrés par les dessins suivants : • Figures 1a, 1b, 1c, 1d: représentation schématique des différentes étapes de filtration selon la présente description. • Figure 2 : représentation schématique d'un système de surveillance associé à un réacteur de filtration, selon un exemple de la présente invention.

.Exemple(s) de mode de réalisation de l'invention

[0014] Une représentation schématique du processus de filtration est fournie dans les figures 1a, 1b, 1c et 1d. Une étape d'alimentationF1permet de remplir un réacteur de filtration1avec une boueSvia au moins un tuyau d'alimentation10. La boue désigne toute matière solide en suspension dans une matière liquide qui doit être éliminée afin de sécher la matière solide. Le matériau solide désigne le composant fabriqué qui doit être récupéré et séché. Le liquide peut être n'importe quel liquide utilisé pendant la fabrication, soit de l'eau ou un mélange aqueux, soit un solvant organique ou un mélange de ceux-ci. La boueSremplit un espace supérieurE2du réacteur de filtration1, qui est séparé d'un espace inférieurE2par un élément poreux16. Une fois le réacteur de filtration1rempli, la suspensionSprésente une surface initiale Si et une hauteur initialeHs.

[0015] La filtration se produit dans une étapeF2, également appelée étape de formation du gâteau, dans laquelle une pression de gâteauPcest appliquée à la boue de manière à filtrer le liquide de gâteauLcvers une sortie de liquide11, disposée en aval du réacteur de filtration1. La pression du gâteauPcest de préférence obtenue au moyen d'un gaz injecté dans l'espace supérieurE1du réacteur sous une pression contrôlée ou contrôlable. L'étapeF2de formation du gâteau conduit à un matériau de gâteauMccomprenant le matériau solide à récupérer et une partie du liquide restant dans le matériau solide. Une grande partie du liquideLcdu gâteau est filtrée à travers l'élément poreux16tandis que le matériau solide reste dans l'espace supérieurE1et est collecté par au moins une sortie de liquide11située en aval de l'élément poreux16. Le gâteau est considéré comme formé lorsque le liquide passe à travers la surface du gâteauSc. A ce stade, la hauteur du matériau a diminué jusqu'à une valeurHmcinférieure à la hauteur initialeHset correspondant à la hauteur du gâteau formé. Le matériau du gâteauMccomprend encore du liquide emprisonné entre les particules solides, qui peut difficilement être éliminé dans les conditions de l'étape de formation du gâteauE2.

[0016] Une étape de déliquorationE3doit donc être initiée pour que la majeure partie du liquide piégé, ou liquide de déliquorationLd, soit drainée hors du matériau solide de déliquorationMddans des conditions appropriées. Cette étape de déliquorationE3peut nécessiter une pression de déliquoration spécifiquePdou un profil de pression afin de filtrer efficacement le liquide de déliquorationLd. Le matériau de déliquorationMdprésente une surface de déliquorationSd. Sa hauteur est encore réduite à une valeurHmdinférieure à la valeurHmcdu matériau du gâteauMc. Le liquide de déliquorationLdest filtré à travers l'élément poreux16et collecté par au moins une sortie de liquide11.

[0017] Une étape de déchargementE4du matériau finalMfrestant dans l'espace supérieurE1devient alors possible. Le matériau final Mf correspond à un matériau solide concentré à récupérer, dans lequel la quantité de liquide a diminué en dessous d'un seuil prédéterminé. Par exemple, le matériau finalMfcomprend moins de 30 % ou 25 % ou 20 % ou 10 % ou moins de liquide. Le matériau finalMfprésente une surface finaleSfet une hauteurHmfqui est encore réduite par rapport à la hauteurHmddu matériau déliquoréMd. Un moyen mécanique, tel qu'un agitateur mécanique15entraîné par un actionneur mécanique14, peut être utilisé pour décharger le matériau finalMfpar au moins une sortie de solide12disposée au-dessus de l'élément poreux16.

[0018] Pour récupérer une matière solide donnée, plusieurs cycles de filtration peuvent être nécessaires, y compris, par exemple, des cycles de lavage avec différents liquides. Même pour un cycle de filtration, le temps de filtration représente une grande partie du processus global. Il peut varier considérablement en fonction de paramètres non contrôlés, en raison du comportement mécanique inhomogène des matériaux biphasiques impliqués dans le processus de filtration. La nature du matériau solide, en particulier sa viscosité, sa compressibilité, la taille ou la forme de ses particules, sa nature chimique liée par exemple à des groupes plus ou moins polaires, à la lipophilie, à l'hydrophilie ou à l'amphiphilie, son histoire et d'autres paramètres peuvent avoir un impact significatif sur son comportement dans les conditions de filtration. De même, la nature du liquide a également un impact sur le comportement global de la suspension. D'autres éléments tels que la température, les conditions de pH, le nombre de cycles de filtration effectués par l'élément poreux peuvent avoir une influence considérable sur l'issue du processus. Le temps de filtration peut facilement doubler si les conditions ne sont pas optimales.

[0019] Le réacteur de filtration1selon la présente description comprend ou est connecté à un système de surveillance2qui est adapté pour détecter ou déterminer au moins certaines des caractéristiques pertinentes du gâteau, mieux illustrées à la figure 2. Le réacteur de filtration1est équipé d'un ou plusieurs capteursQ1,Q2,Q3...Qnadaptés pour détecter les paramètres du procédé tels que la température, la pression appliquée telle que la pression de formation du gâteauPc, la pression de déliquorationPd, le niveau et/ou la nature de la surface du matériau, telle que la surface initiale Si, la surface du gâteauSc, la surface de déliquorationSdou la surface finaleSf, et tout autre paramètre approprié tel que les conditions depH.

[0020] Les capteurs sont choisis parmi les capteurs appropriés tels que les capteurs de pression, les thermomètres de tout type ad hoc, les pH-mètres, les capteurs optiques, y compris les capteurs laser, UV et infrarouges, les capteurs acoustiques, les capteurs magnétiques tels que les capteurs à effet Hall.

[0021] Les paramètres détectés sont recueillis par une première unité de calcul U1 et calculés de manière à déterminer l'état du matériau en cours de filtration. Par exemple, un ou plusieurs capteurs de pression déterminent si la pression appliquée, qui est soit une pression de gâteauPc, soit une pression de déliquorationPd, correspond à une valeur prédéfinie, ou descend en dessous d'un seuil bas ou dépasse un seuil haut, ou varie selon des pentes préétablies ou des valeurs intermédiaires. Un capteur de pression peut être disposé au-dessus du matériau en cours de filtration dans l'espace supérieurE1. En alternative ou en complément, des capteurs de pression peuvent être disposés sur les parois latérales du réacteur de filtration1, à l'intérieur du réacteur et sous l'une des surfaces initialesS1, surface de gâteauSc, surface de déliquorationSdou surface finaleSf. De cette manière, un gradient de pression peut être détecté et mesuré à l'intérieur du matériau filtré. En alternative ou en complément, un capteur de pression peut être disposé dans l'espace inférieurE2. Ceci est par exemple avantageux pour déterminer les conditions de pression, le cas échéant. Un ou plusieurs thermomètres peuvent être disposés à l'intérieur du réacteur de filtration1au-dessus de la matière à filtrer, ou à une hauteur inférieure à l'une des valeursHsinitiale,Hmcdu gâteau,Hmdde déliquoration ouHmffinale, ou dans l'espace inférieurE2.

[0022] Les capteurs optiques peuvent être disposés de manière à déterminer la nature ou la qualité d'une ou de plusieurs des surfaces initialesS1, surface du gâteauSc, surface de déliquorationSdet surface finaleSf. En variante ou en plus, des capteurs optiques, les mêmes ou des capteurs supplémentaires, peuvent être disposés pour déterminer la hauteur du matériau à tout moment afin d'identifier la hauteur initialeHs, la hauteur du gâteauHmc, la hauteur de déliquoration Hmd ou la hauteur finaleHfou certaines d'entre elles ou toutes ces hauteurs.

[0023] Les paramètres du processus détectés comme indiqué ci-dessus permettent de déterminer si les paramètres réels correspondent aux valeurs souhaitées au moment considéré. La première unité de calculU1compare en temps réel les données captées avec certaines données de référence, qui correspondent par exemple à un programme préétabli. Si une ou plusieurs de ces données ne correspondent plus à une valeur prédéterminée, la première unité de calculU1peut automatiquement entrer de nouveaux paramètres de filtrationFP1,FP2,FPndans une unité de commandeU2afin que la caractéristique correspondante du réacteur de filtration1soit ajustée. Par exemple, certaines pompes peuvent être actionnées de manière à ajuster correctement la pression, certains dispositifs de chauffage ou de refroidissement peuvent être activés de manière à contrôler la température.

[0024] Lorsque certains paramètres ont été détectés, la première unité de calculU1peut saisir automatiquement les paramètres de filtration correspondant à une autre étape du processus de filtration. Par exemple, lorsque la surface du gâteauScest détectée, on peut considérer que l'étape de formation du gâteauE2est terminée et que l'étape de déliquorationE3doit être initiée. Les paramètres de filtration correspondantsFP1,FP2..FPnsont donc appliqués au réacteur de filtration1.

[0025] Le programme suivi par la première unité de calculU1peut comprendre des paramètres supplémentaires non liés au processus en tant que tel. Par exemple, des paramètres liés à la boue elle-même ou au matériau solide à récupérer ou au liquide peuvent être mis en œuvre afin que les paramètres détectés soient correctement calculés en fonction de la nature et des propriétés du matériau en cours de filtration. Par exemple, les paramètres de produitP1,P2,P3...Pntels que la viscosité, la compressibilité, la taille des particules, la densité, la polarité, la lipophilie, l'hydrophilie, le HLB, etc. peuvent être mis en œuvre. Les paramètres du produit peuvent être théoriquement connus ou physiquement déterminés par des mesures indépendantes. Les paramètres du produit peuvent inclure des éléments supplémentaires tels que le rang du cycle de filtration, ce qui est particulièrement avantageux dans le cas de plusieurs cycles de filtration avec différents processus de lavage. De cette manière, l'historique du produit en cours de traitement peut être pris en considération.

[0026] La première unité de calculU1peut adapter automatiquement les paramètres de filtrationFP1,FP2,FP3..Fpnen réponse aux paramètres de traitement détectés, en connaissant les caractéristiques pertinentes du produit. Par exemple, un profil de pression peut être sélectionné dans une étape de formation de gâteauE2ou dans une étape de déliquorationE3pour un matériau ayant une taille de particule donnée, et un autre profil de pression peut être sélectionné pour un matériau ayant une taille de particule différente. La combinaison des paramètres du produit peut bien sûr être envisagée lorsqu'elle est jugée pertinente. Par exemple, la taille des particules et la viscosité ou la taille des particules et la compressibilité peuvent ensemble avoir un impact important sur le résultat de la filtration.

[0027] Alternativement ou en plus, certains paramètres liés à l'équipementR1,R2,R3...Rnpeuvent être pris en compte. Par exemple, la nature ou le type de l'élément poreux 16 peut faire l'objet d'une sélection. Une porosité donnée de l'élément poreux16peut avoir un impact important sur les paramètres de filtration tels que la pression du gâteauPcou la pression de déliquorationPd. La première unité de calculU1peut ainsi être adaptée pour adapter les paramètres de filtrationFP1,FP2,FP3...FPnsoit à l'équipement, soit au produit, soit aux deux. Le programme peut même comprendre un système d'alerte lorsque des paramètres incompatibles sont mis en œuvre. Par exemple, si la porosité de l'élément poreux16n'est pas compatible avec la taille des particules du matériau à filtrer, une alerte peut être émise. Parmi les paramètresR1,R2,R3...Rnde l'équipement, l'état d'entretien de l'élément poreux 16 ou d'autres éléments de l'équipement peut être pris en compte. Si l'élément poreux16a participé à un nombre prédéterminé de cycles de filtration, un paramètre correspondant peut être implémenté dans la première unité de calculU1.

[0028] Les éléments du réacteur de filtration1qui nécessitent un entretien régulier peuvent également être identifiés par un moyen lisibleV1tel qu'une étiquette RFID ou un moyen équivalent. De cette manière, le système de surveillance peut facilement être mis à jour avec l'état correspondant de l'équipement. Selon une réalisation, après un nombre donné de cycles de filtration, la porosité de l'élément poreux16peut être adaptée dans le système de manière à refléter son vieillissement ou son état d'entretien. Une porosité inférieure à sa porosité optimale peut être prise en compte afin d'adapter les paramètres de filtrationFP1,FP2,FP3...FPnen conséquence.

[0029] Selon un mode de réalisation, le processus de filtration ou au moins l'une des étapes de formation du gâteauE2et de déliquorationE3est partiellement ou entièrement automatisé, sur la base de paramètres de processus détectés et d'au moins un paramètre de produit ou d'équipement. Ces paramètres de produit ou d'équipement peuvent être mis en œuvre manuellement de manière à construire un programme de filtration préétabli à suivre. Dans ces conditions, les valeurs limites d'au moins certains des paramètres, en particulier les paramètres du processus détectés par les capteurs correspondantsQ1,Q2,Q3...Qn, sont implémentées manuellement dans le programme préétabli afin que la première unité de calculU1puisse piloter automatiquement le processus de filtration en fonction des données détectées et de ces valeurs limites. Par exemple, une valeur limite pertinente peut concerner la détection optique de la surface, et l'un de ses changements entre la surface initialeSi, la surface de gâteauSc, la surface de déliquorationSdou la surface finaleSf. Lors de la détection d'une telle surface, la première unité de calculU1peut automatiquement déclencher ou modifier les paramètres de filtrationFP1,FP2,FP3...FPn. Ceci permet d'améliorer la reproductibilité d'un processus de filtration.

[0030] Alternativement, un opérateur peut utiliser la première unité de calculU1avec certains paramètres pertinents du produitP1,P2,P3...Pnet/ou avec certains paramètres pertinents de l'équipementR1,R2,R3...Rnsans imputer de valeurs limites du processus. La première unité de calculU1peut alors être adaptée pour identifier de manière autonome les paramètres de processus détectés qui entraînent une modification ou une adaptation des paramètres de filtration, sur la base des paramètres de produit et/ou d'équipement imputés. Un tel pilotage autonome peut être basé sur des opérations de filtration similaires déjà effectuées et stockées dans une mémoire.

[0031] Selon un mode de réalisation, les paramètres détectés sont collectés pour alimenter une deuxième unité de calculU3. Les données relatives à la filtration sont stockées dans au moins une mémoire afin d'être calculées et analysées. Les résultats cumulés des processus de filtration successifs peuvent alors être utilisés pour créer ou affiner un modèle de filtrationFM. Ce modèle de filtrationFMcomprend par exemple les paramètres les plus importants qui influencent le processus de filtration, y compris certains paramètres du processus, certains paramètres du produit, certains paramètres de l'équipement ou une combinaison de ceux-ci. Il comprend en outre certaines interactions pertinentes entre les paramètres ayant un effet synergique sur la filtration, qu'il soit négatif ou positif. Par exemple, une combinaison de la pression appliquée et de la viscosité de la matière filtrée, ou de sa compressibilité ou de sa taille de particule, peut être prise en compte. Les paramètres les plus pertinents peuvent être calculés selon les méthodes mathématiques et/ou statistiques habituelles. En variante, la deuxième unité de calculU3peut comprendre ou être connectée à un module d'intelligence artificielle adapté pour calculer les paramètres du procédé, les paramètres du produitP1,P2,P3...Pn, les paramètres de l'équipementR1,R2,R3...Rnafin d'identifier les paramètres ou la combinaison de paramètres les plus optimaux. Les paramètres du processusFP1,FP2,FP3...FPnd'une procédure de filtration donnée peuvent être adaptés en temps réel avec certains paramètres optimaux déjà identifiés par la deuxième unité de calculU3susmentionnée. Alternativement ou en plus, un modèle de filtrationFMpeut être élaboré par la deuxième unité de calculU3sur la base des opérations de filtration cumulées de sorte qu'un programme de filtration puisse être construit et imputé dans la première unité de calculU1sur la base de certains paramètres imputés manuellement.

[0032] Le modèle de filtrationFMest adapté pour caractériser avec précision le matériau en cours de filtration à tout moment, ou au moins pendant l'une ou les deux étapes de formation du gâteauE2et de déliquorationE3. Cela permet par exemple de limiter les paramètres mesurés aux plus pertinents, et par conséquent de limiter le nombre de capteurs correspondantsQ1,Q2,Q3...Qnet/ou de les disposer à l'endroit le plus approprié. Par exemple, l'état de la matière du gâteau Mc peut être défini avec précision sur la base de la combinaison de 2 ou 3 paramètres détectés tels que la pression du gâteauPc, la hauteur du gâteauHmc, la surface du gâteauSc, et éventuellement la connaissance de certains paramètres du produit.

[0033] La présente description couvre donc un système de surveillance2tel que décrit ci-dessus, comprenant au moins un capteur de processusQ1,Q2,Q3...Qn, tel qu'un capteur de pression, un thermomètre, un capteur optique et au moins une première unité de calculU1adaptée pour collecter et calculer les données captées de manière à modifier ou ajuster les paramètres de filtrationFP1,FP2,FP3...FPnen temps réel. La première unité de calculU1peut être intégrée au réacteur de filtration1ou disposée à distance. Elle peut par exemple prendre la forme d'un ordinateur installé dans le local ou dans un bureau distant. Des moyens de communication adéquats peuvent être envisagés pour que les données détectées soient correctement transmises à la première unité de commandeU1et que les paramètres de filtrationFP1,FP2,FP3,Fpnpuissent être transmis au réacteur de filtration1. A cette fin, on utilise des entrées de commande appropriées telles que clavier, écran, écran tactile, avec l'interface logicielle correspondante. Le système de surveillance2, tout en permettant de surveiller une opération de filtration en temps réel, peut en outre collecter, stocker et calculer les données détectées et les données imputées par l'intermédiaire de la deuxième unité de calculU3. La première unité de calculU1comprend les moyens appropriés pour interagir avec l'unité de commandeU2du réacteur de filtration1. Elle peut par exemple être connectée à cette dernière au moyen d'une interface appropriée. En alternative, elle peut être totalement intégrée à l'unité de commandeU2. Le système de surveillance2peut en outre comprendre ou être connecté à un module d'intelligence artificielle tel que décrit ci-dessus. Le module d'intelligence artificielle peut être disposé à distance ou physiquement combiné ou intégré au système de surveillance2.

[0034] Le système de surveillance2ou une partie de celui-ci peut être installé sur un réacteur de filtration1afin de le doter de fonctions supplémentaires. Il peut également être intégré en tout ou en partie à un nouveau réacteur de filtration 1. Par exemple, un réacteur de filtration déjà équipé d'un ou plusieurs capteurs, tels que ceux mentionnés ci-dessus, peut être équipé d'au moins une première unité de commandeU1telle que décrite ci-dessus. Cela n'exclut pas que des capteurs spécifiques supplémentaires soient ajoutés au réacteur de filtration1. Par exemple, un capteur optique spécifique peut être mis en œuvre en remplacement ou en complément d'un capteur optique potentiel déjà présent dans le réacteur de filtration1.

[0035] La présente description couvre également un réacteur de filtration 1 équipé ou connecté à un système de surveillance2tel que décrit ci-dessus.

[0036] Selon un mode de réalisation, le réacteur de filtration1équipé du système de surveillance2est utilisé pour la production industrielle. Un programme de filtration prédéfini peut être établi par la première unité de calculU1de manière à correspondre au type et à la quantité de matériau à filtrer, au nombre de cycles de filtration, au type de liquide utilisé pour rincer le matériau solide, etc.

[0037] Selon un mode de réalisation, le réacteur de filtration2est un dispositif d'essai adapté à la définition ou à l'optimisation d'une méthode de filtration. Il peut être utilisé pour augmenter l'échelle d'une opération de filtration depuis l'échelle du laboratoire jusqu'à l'échelle industrielle. À cette fin, plusieurs opérations de filtration peuvent être effectuées pour une boue donnée dans différentes conditions de filtration, les paramètres du procédéPF1,PF2,PF3...PFnétant définis et contrôlés. Sur la base des essais de filtration, un modèle de filtrationFMou un programme de filtration approprié peut être mis au point afin d'être transféré dans un réacteur de filtration 1 de taille et de performance industrielles. Un dispositif d'essai peut avoir des dimensions réduites par rapport à un réacteur de filtration industriel1. Il peut également être équipé d'un plus grand nombre de capteurs, ou de capteurs de types plus variés, de manière à ce que tous les paramètres appropriés soient effectivement contrôlés. Le modèle de filtrationFMou le programme de filtration est ainsi optimisé pour le matériau spécifique à filtrer. Il peut prendre la forme d'un fichier numérique qui peut facilement être transféré à un autre réacteur de filtration1.

[0038] La présente description porte également sur une méthode d'élaboration et/ou d'optimisation d'un processus de filtration. Le procédé de filtration doit généralement être adapté au type de matériau à filtrer afin d'être le plus efficace possible. En particulier, une méthode de filtration optimisée vise à réduire le temps de filtration global, ou le temps de filtration d'une ou plusieurs des étapes de formation du gâteauE2et de déliquorationE3. Une telle méthode comprend l'étape consistant à introduire dans la première unité de calculU1au moins certains paramètres du produitP1,P2,P3...Pn, et/ou certains paramètres de l'équipementR1,R2,R3...R4. La méthode comprend en outre l'étape consistant à définir certains paramètres de filtrationFP1,FP2,FP3...FPn. Ils peuvent être définis en fonction des paramètres du produit ou des paramètres de l'équipement définis précédemment, ou être définis indépendamment. La méthode comprend en outre l'étape de filtration ou au moins l'une de ses étapes de formation du gâteauE2et de déliquorationE3, selon les paramètres de filtration définisFP1,FP2,FP3...FPn. Pendant la filtration, au moins la pression est contrôlée de manière à ce qu'une pression constante ou une pression variant progressivement puisse être appliquée. Une pression variant progressivement désigne toute pression diminuant ou augmentant selon une rampe de valeurs, linéaire ou non. La pression peut également être contrôlée de manière à appliquer diverses valeurs constantes discrètes pendant un certain temps afin de fournir des échelles de pressions croissantes ou décroissantes. Les pressions peuvent être contrôlées au moyen d'une ou plusieurs pompes adaptées pour comprimer l'air ou un autre gaz dans l'espace supérieurE1au-dessus de la boue. Alternativement ou en plus, une ou plusieurs pompes à vide peuvent être prévues dans l'espace inférieurE2afin d'augmenter la différence de pression et/ou le gradient. D'autres paramètres tels que les températures peuvent être contrôlés de manière similaire. Il est entendu que la variation des paramètres mesurés, en particulier la pression et/ou la température, peut être monotone ou au contraire varier dans le temps, selon les besoins. Les paramètres variant dans le temps peuvent être périodiques ou semi-périodiques ou suivre un calendrier non périodique. Pendant le processus de filtration, la surface du matériau, telle que la surface initialeSi, la surface du gâteauSc, la surface de déliquorationSdet la surface finaleSf, est surveillée. Le débit du liquide filtrant du gâteau, tel que le liquide du gâteauLcou le liquide de déliquorationLd, peut également être contrôlé.

[0039] La méthode peut comprendre une étape de mesure du temps d'au moins une des étapes de formation du gâteauE2et de déliquorationE3.

[0040] La méthode peut également comprendre une étape de calcul du temps de filtration d'au moins une des étapes de formation du gâteauE2et de déliquorationE3en fonction d'au moins un ou de plusieurs des paramètres entrés, de manière à déterminer au moins un, de préférence une combinaison de plusieurs paramètres pertinents. Une telle étape de calcul peut être réalisée en partie ou en totalité au moyen d'une première unité de calcul dédiéeU1.

[0041] La méthode peut comprendre une étape consistant à fournir un modèle de filtrationFMbasé sur le calcul susmentionné, le cas échéant. Un modèle de filtrationFMpeut comprendre un profil de pression pour une ou plusieurs des étapes de filtration, en particulier pour l'une des étapes de formation du gâteauE2et de déliquorationE3. Le profil de pression peut être identique ou différent pour chacune des étapes de formation du gâteauE2et de déliquorationE3et comprendre indépendamment une valeur constante ou plusieurs valeurs différentes dans le temps.

[0042] La présente description couvre également une méthode de simulation d'une opération de filtration d'une boue. En particulier, la simulation d'au moins une des étapes de formation du gâteauE2et de déliquorationE3peut être effectuée sur la base de données d'opérations de filtration antérieures qui ont été collectées, stockées et calculées. Plus particulièrement, le temps de filtration d'une ou plusieurs étapes de filtration, notamment l'étape de formation du gâteauE2et/ou l'étape de déliquorationE3, peut être simulé, ou au moins estimé. La simulation peut être réalisée à l'aide d'algorithmes mathématiques, ou au moyen d'un module d'intelligence artificielle. La méthode de simulation comprend une étape d'introduction d'au moins une donnée produitP1,P2,P3...Pn, telle que sa granulométrie, sa viscosité ou d'autres propriétés rhéologiques, sa compressibilité, sa nature chimique et/ou tout autre paramètre pertinent.

[0043] La méthode de simulation peut comprendre une étape de saisie d'au moins une propriété du liquide, telle que sa nature, son pH, s'il s'agit d'un liquide de lavage ou d'un solvant réactionnel, le rang du cycle de filtration, etc.

[0044] La méthode de simulation peut comprendre une étape de saisie d'une ou plusieurs données d'équipementR1,R2,R3...Rntelles que le vieillissement, la porosité ou l'état d'entretien de l'élément filtrant 16 ou d'autres éléments.

[0045] La méthode de simulation peut comprendre l'étape de sélection d'au moins un paramètre de processus tel qu'une pression, ou une limite de pression telle qu'un seuil inférieur ou un seuil supérieur. Les données entrées sont traitées selon des règles préétablies, telles qu'un modèle de filtration,FM, de manière à fournir une simulation du processus de filtration ou d'au moins une partie de ses étapes de formation du gâteauE2et de déliquorationE3.

[0046] En variante, la méthode de simulation permet de déterminer la pression ou les profils de pression les plus appropriés pour au moins l'une des étapes de formation du gâteauE2et de déliquorationE3afin de minimiser le temps correspondant.

[0047] La présente description comprend également une méthode de planification d'au moins une opération de maintenance d'un réacteur de filtration sur la base de paramètres détectés d'un processus de filtration. En particulier, le nombre de cycles de filtration peut être stocké dans une mémoire, par exemple dans la deuxième unité de calculU3. Lorsqu'un certain nombre de cycles de filtration a été atteint ou approche, une alerte de maintenance peut être émise. Le nombre de cycles de filtration peut être défini manuellement à chaque cycle de filtration. Alternativement, un cycle de filtration peut être déterminé automatiquement sur la base des valeurs périodiques d'au moins un paramètre du processus. Par exemple, la variation cyclique de la pression et/ou de la température détectée peut permettre d'identifier un cycle de filtration. Alternativement ou en plus, les performances de l'équipement peuvent être déduites des paramètres détectés. Par exemple, une pression et/ou une température mesurée plus élevée que prévu ou plus élevée qu'une valeur moyenne peut indiquer un vieillissement de l'élément filtrant16et qu'une opération de maintenance ou de remplacement doit être planifiée. En variante ou en plus, le temps de filtration peut être comparé à un temps de filtration prévu dans les conditions de filtration. Une augmentation du temps de filtration peut indiquer une diminution des performances de l'équipement et donc une opération de maintenance ou de remplacement. Le temps de filtration prévu peut être obtenu à partir d'une simulation décrite ci-dessus.

[0048] L'opération de maintenance peut être curative ou anticipée, comme les étapes de maintenance prédictive.

[0049] La présente description concerne également un ou plusieurs capteurs aptes à détecter les paramètres du processus. Elle concerne en particulier un capteur optique basé sur un faisceau laser, un séparateur de faisceau et une photodiode adaptés pour identifier la nature de la surface du matériau filtré. La figure 3 donne un exemple d'un tel capteur optique adapté pour identifier la surface du gâteau Sc lorsque la suspension liquide correspondanteLcpasse à travers le matériau du gâteauMc. Le capteur optique comprend un système laser101adapté pour fournir un faisceau laserB1dirigé vers un séparateur de faisceau102. Le faisceau laserB1est divisé entre un premier faisceauB2dirigé vers le matériau filtré et un second faisceauB3. En fonction de la nature de la surface du matériau filtré, un faisceau réfléchiB4est dirigé de la surface du matériau filtré vers une photodiode103. L'intensité lumineuse résultante est mesurée par la photodiode103. Si la surface du matériau correspond à une surface liquideSL, la lumière réfléchieB4présentera une intensité élevée. Dès que la surface liquideSLtraverse la surface du matériau solide tel que le gâteauMc, l'intensité lumineuse du faisceau réfléchi diminue considérablement.

[0050] Selon un mode de réalisation, la photodiode103est placée à l'extérieur du réacteur de filtration1et le laser et le séparateur de laser sont placés à l'intérieur du réacteur de filtration. Un verre de protection104est placé entre la photodiode et le séparateur de faisceau.

[0051] Selon un autre mode de réalisation, la photodiode103, le laser et le séparateur de laser sont tous placés à l'extérieur du réacteur de filtration. La surface du gâteauScpeut être détectée à travers un dispositif de protection transparent.

[0052] La photodiode103peut être combinée à tout élément approprié tel que des lentilles optiques et des moyens électroniques appropriés.

Numéros de référence employés sur les figures

[0053] 1 Réacteur de filtration 2 Système de surveillance 10 Ligne d'alimentation 11 Sortie du liquide 12 Sortie des solides 14 Actionneur mécanique 15 Agitateur mécanique 16 Élément poreux S Boue S1 Surface initiale Mc Matériau du gâteau Sc Surface du gâteau Hmc Hauteur du gâteau Pc Pression pour la formation du gâteau Lc Liquide filtré pendant la formation du gâteau Sd Surface du gâteau pendant la déliquoration Md Matériau de déliquoration Hmd Hauteur du matériau déliquescent Ld Liquide filtré pendant l'étape de déliquoration Pd Pression de déliquoration Mf Matériau solide final Sf Surface finale Hmf Hauteur du matériau final E1 Espace vers le haut E2 Espace vers le bas F1 Étape d'alimentation F2 Formation du gâteau F3 Étape de déliquoration F4 Étape d'évacuation U1 Première unité de calcul U2 Unité de commande U3 Deuxième unité de calcul FP1, FP2, FP3, FPn Paramètres de filtration R1, R2, R3, Rn Paramètres d'équipement P1, P2, P3, Pn Paramètres du produit V1 Moyens lisibles

Claims (15)

1. Système de surveillance (2) adapté pour surveiller et/ou piloter un processus de filtration d'une boue (S) sous pression comprenant au moins un capteur (Q1, Q2, Q3...Qn) et une première unité de calcul (U1), dans lequel la première unité de calcul (U1) est adaptée pour collecter et traiter les données transmises par ledit au moins un capteur afin de déterminer ou d'ajuster en temps réel au moins un paramètre de filtration (PF1, PF2, PF3...PFn).

2. Système de surveillance selon la revendication 1, dans lequel ledit au moins un capteur est choisi parmi un ou plusieurs capteurs de pression, un ou plusieurs thermomètres et un ou plusieurs capteurs optiques.

3. Système de surveillance selon l'une des revendications 1 et 2, ladite première unité de calcul (U1) comprenant ou étant connectée à une seconde unité de calcul (U3) adaptée pour stocker et calculer les paramètres du processus de filtration afin de fournir un modèle de filtration (FM) ou de simuler une opération de filtration.

4. Système de surveillance selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel lesdits au moins un paramètre de filtration (PF1, PF2, PF3...PFn) sont déterminés ou ajustés selon un programme préétabli ou un modèle de filtration (FM) préétabli.

5. Système de surveillance selon l'une des revendications 1 à 4, comprenant en outre un module d'intelligence artificielle ou y étant connecté.

6. Réacteur de filtration (1) muni d'un système de surveillance (2) tel que défini dans l'une des revendications 1 à 5, ledit réacteur de filtration (1) comprenant une unité de commande (U2), la première unité de calcul (U1) dudit système de surveillance étant connectée à ladite unité de commande (U2) de manière à transmettre ledit au moins un paramètre de filtration (PF1, PF2, PF3...PFn).

7. Réacteur de filtration selon la revendication 6, ledit réacteur de filtration étant un réacteur de filtration industriel ou un dispositif d'essai de mise à l'échelle.

8. Procédé de filtration d'une boue (S), dans lequel la filtration comprend une étape de formation du gâteau (E2) et une étape de déliquoration (E3), ledit procédé de filtration étant mis en œuvre et surveillé par le système de surveillance (2) selon l'une des revendications 1 à 5, comprenant les étapes consistant à : – introduire dans la première unité de calcul (U1) dudit système de surveillance au moins un paramètre produit (P1, P2, P3...Pn), et/ou au moins un paramètre équipement (R1, R2, R3...R4), – définir au moins un paramètre de filtration (FP1, FP2, FP3...FPn), et – opérer au moins une étape de formation du gâteau (E2) et une étape de déliquoration (E3) en fonction dudit au moins un paramètre de filtration défini (FP1, FP2, FP3...FPn).

9. Procédé selon la revendication 8, dans lequel ledit au moins un paramètre de filtration (FP1, FP2, FP3...FPn) est défini manuellement ou mis en œuvre automatiquement sur la base d'un modèle de filtration (MF) prédéterminé, et contrôlé en temps réel par ladite première unité de calcul (U1).

10. Procédé selon l'une des revendications 8 et 9, comprenant en outre les étapes de : – collecter et stocker les données de traitement dans une deuxième unité de calcul (U3), et – fournir un modèle de filtration (FM) basé sur lesdites données collectées et stockées.

11. Procédé selon la revendication 10, dans lequel ledit modèle de filtration (FM) est adapté pour déterminer au moins certains des paramètres de filtration (PF1, PF2, PF3...PFn) sur la base de certains paramètres d'entrée du produit (P1, P2, P3...Pn) ou de l'équipement (R1, R2, R3...R4), de sorte que le temps de filtration est réduit.

12. Procédé selon la revendication 10, dans lequel ledit modèle de filtration (FM) est adapté pour simuler le temps d'au moins une des étapes de formation du gâteau (E2) et de déliquoration (E3), en fonction de certains paramètres entrés pour le produit (P1, P2, P3...Pn) ou l'équipement (R1, R2, R3...R4).

13. Procédé selon l'une des revendications 8 à 12, dans lequel ledit au moins un paramètre de filtration défini (FP1, FP2, FP3...FPn) dans au moins l'une des étapes de formation du gâteau (E2) et de déliquoration (E3) est défini selon certains algorithmes d'une intelligence artificielle fournie par un module d'intelligence artificielle.

14. Méthode de planification de la maintenance basée sur les paramètres détectés d'une filtration d'une boue (S) comprenant les étapes suivantes : – Effectuer une filtration selon des paramètres de filtration préétablis (PF1, PF2, PF3...PFn), – Détecter au moins un paramètre du processus au moyen d'un capteur approprié (Q1, Q2, Q3...Qn), et/ou comparer le temps de filtration avec un temps de filtration prévu, et – Déduire de ces paramètres de processus et/ou du temps de filtration si une opération de maintenance ou de remplacement doit être effectuée.

15. Capteur optique adapté pour détecter la nature d'une surface de matériau en cours de filtration placée dans un réacteur de filtration (1), comprenant un générateur de laser (101), un séparateur de laser (102) et une photodiode (103), la photodiode (103) étant placée à l'extérieur du réacteur de filtration et le laser étant placé à l'intérieur ou à l'extérieur du réacteur de filtration.