Mémoire descriptif de l'invention dont le titre est Colonne de liquéfaction de gaz Demandeur : NADON, GILLES
Inventeur : NADON, GILLES
Description Le titre de l'invention est Colonne de liquéfaction de gaz.
L'invention est dans le domaine technique des procédés pour la liquéfaction ou la séparation des gaz ou des mélanges gazeux par le froid.
Dans la récupération de divers gaz, tels les gaz de schiste ou le méthane des sites d'enfouissement et de biométhanisation, il est essentiel de les purifier, en enlevant les vapeurs d'eau et séparant les composés propane, éthylène et azote afin de valoriser tous ces gaz sous forme liquide, plus compacte et versatile. La liquéfaction s'obtient par refroidissement.
Les procédés existants utilisent en général des compresseurs et des systèmes de réfrigération par divers procédés cryogéniques pour refroidir et liquéfier ces gaz. Les installations sont souvent coûteuses, nécessitant beaucoup d'espace et de temps de construction. Elles sont souvent loin des sources d'approvisionnement en gaz.
L'invention décrite et revendiquée dans le présent mémoire est un procédé
de compression, expansion et évaporation par l'action de compression et détente multiples et consécutives de groupes de bases double-pistons se rencontrant en bout de chaque course linéaire d'un mouvement de va-et-vient compressant et étirant des ballons maintenus en expansion radiale par le vide intérieur d'une tour qui les enveloppe.
Cette invention est relative aux objectifs de précédentes inventions, notamment l'invention dont le titre est Floating methanization system déposée au Canada sous le numéro d'application 2,875,345 et aux États-Unis Brief of the invention, the title of which is Liquefaction column of gas Applicant: NADON, GILLES
Inventor: NADON, GILLES
Description The title of the invention is gas liquefaction column.
The invention is in the technical field of processes for liquefaction or the separation of gases or gas mixtures by cold.
In the recovery of various gases, such as shale gas or methane landfills and biogas, it is essential to purify, by removing water vapors and separating propane, ethylene compounds and nitrogen in order to valorize all these gases in liquid form, more compact and versatile. Liquefaction is obtained by cooling.
Existing processes generally use compressors and systems refrigeration by various cryogenic processes to cool and liquefy these gases. Facilities are often expensive, requiring a lot space and construction time. They are often far from sources gas supply.
The invention described and claimed herein is a process of compression, expansion and evaporation by the action of compression and multiple and consecutive relaxation of double-piston basic groups meeting at the end of each linear stroke a movement of va-and-comes compressing and stretching balloons held in radial expansion by the empty space inside a tower that envelops them.
This invention relates to the objectives of previous inventions, especially the invention whose title is Floating methanization system filed in Canada under application number 2,875,345 and in the United States
2 sous le numéro d'application 14/967,277 ainsi que l'invention dont le titre est Apparatuses for the functioning of a floating methanization system déposée au Canada sous le numéro d'application 2,970,368.
L'origine du gaz naturel en provenance des eaux usées, des sources de schiste et particulièrement des fumiers sont partielles, disparates et éloignées. Un micro-mécanisme de liquéfaction simple et fonctionnel est donc essentiel.
Relativement aux dessins qui illustrent la réalisation de l'invention, la figure 1 représente une vue de coupe en élévation d'une colonne de liquéfaction avec ses chambres formées de ballons et leurs bases double-pistons dans une position de course. La figure 2 est une vue partielle en gros plan d'une partie de la figure 1 démontrant l'alignement vertical de l'ensemble des bases double-pistons et ballons dans la même position de course. La figure 3 représente la même coupe en élévation que la figure 2. La figure 4 représente une vue partielle en gros plan d'une partie de la figure 3. Dans les figures 3 et 4, on voit l'action consécutive de compression et de succion représentée par des bulles condensées et d'autre expansées. La figure 5 représente une vue partielle en gros plan d'une partie de la figure 4, démontrant une accumulation de gaz liquide destiné à bloquer la soupape flottante et à s'écouler de force par le conduit se terminant par une autre soupape de pression. Les figures 6A et 68 sont des vues en diagonale de deux réalisations possibles d'une soupape de rétention ajustable dont l'une par le gonflement d'un ballon par le truchement d'un corps visqueux accompagné
d'un ressort et l'autre par un gaz dont la pression fait la force de ressort.
La 2 under application number 14 / 967,277 and the invention whose title is Apparatuses for the functioning of a floating methanization system filed in Canada under application number 2,970,368.
The origin of natural gas from wastewater, sources of shale and particularly manures are partial, disparate and remote. A simple and functional micro-mechanism of liquefaction is so essential.
With respect to the drawings which illustrate the embodiment of the invention, the figure 1 represents a sectional view in elevation of a liquefaction column with its chambers formed of balloons and their double-piston bases in a racing position. FIG. 2 is a partial close-up view of a part of Figure 1 demonstrating the vertical alignment of all double-piston bases and balls in the same race position. Figure 3 represents the same sectional elevation as Figure 2. Figure 4 is a partial close-up view of part of Figure 3. In the Figures 3 and 4, we see the consecutive action of compression and suction represented by condensed bubbles and other expanded ones. Figure 5 is a partial close-up view of a portion of FIG.
showing an accumulation of liquid gas to block the valve floating and to flow by force through the conduit ending with another pressure valve. Figures 6A and 68 are diagonal views of two possible achievements of an adjustable retention valve, one of which by the swelling of a balloon through a viscous body accompanied of one spring and the other by a gas whose pressure makes the spring force.
The
3 figure 7 représente un gros plan de coupe en élévation de deux bases double-pistons typiquement façonnées pour acheminer le gaz humide à des extracteurs extérieurs. La figure 8 représente la même coupe en élévation que la figure 7 représentant l'action inverse qui comprime et aspire les gaz par des conduits différents. La figure 9 étale la disposition éventuelle d'extracteurs en coupe et l'intérieur d'une colonne de liquéfaction mue par le truchement d'un vilebrequin composé. La figure 10 démontre un détail de conduits directs et composés. La figure 11A représente une coupe en élévation d'un extracteur ou l'on voit l'entrée du gaz et son tourbillonnement en traversant la soupape de détente ajusta ble. La figure 118 démontre le même principe que celui de la figure 11A dans un angle plus favorable. La figure 12A est une autre coupe en élévation d'un extracteur indiquant le retour du gaz déshumidifié par une flèche courbée. La figure 128 dans l'angle identique à la figure 118 montre de la glace accumulée à l'intérieur de l'extracteur. La figure 13 représente une vue de coupe en gros plan de la partie supérieure de la colonne de liquéfaction de la figure 1.
Référant de manière plus détaillée aux dessins au moyen de caractères chiffrés, on voit l'illustration de l'objectif qui est de réaliser un moyen de liquéfier certains gaz issus de procédés de biométhanisation ou autres.
L'invention est une colonne de liquéfaction 1 comportant des chambres successives 2 faites de ballons rappelant ceux de suspensions pneumatiques et, entre chaque chambre, des bases double-pistons 3 dont certaines sont fixes et d'autres mobiles. Une base double-pistons est activée dans un mouvement vertical linéaire de va-et-vient alors que l'autre base double-3 FIG. 7 represents a close-up sectional plan in elevation of two double typically shaped pistons for delivering wet gas to external extractors. Figure 8 shows the same section in elevation that Figure 7 represents the inverse action that compresses and sucks the gases by different conduits. Figure 9 shows the possible layout of extractors in section and inside a liquefaction column driven by through a compound crankshaft. Figure 10 shows a detail of direct and compound ducts. FIG. 11A shows a section in elevation of an extractor where we can see the entrance of the gas and its swirling through the adjustable expansion valve. Figure 118 demonstrates the same principle as that of Figure 11A in a more favorable angle. The Figure 12A is another elevational section of an extractor indicating the return of the dehumidified gas by a curved arrow. Figure 128 in the corner identical to Figure 118 shows ice accumulated inside the extractor. Fig. 13 shows a close-up sectional view of the upper part of the liquefaction column of Figure 1.
Referring in more detail to drawings with characters encrypted, we see the illustration of the objective which is to achieve a means of to liquefy certain gases resulting from biomethanisation processes or others.
The invention is a liquefaction column 1 comprising chambers successive 2 made of balloons reminiscent of those of pneumatic suspensions and, between each chamber, double pistons bases 3 some of which are fixed and other mobiles. A dual-piston base is activated in a vertical linear motion back and forth while the other base doubles-
4 pistons demeure stationnaire, créant ainsi une inter succion et une compression consécutive des chambres. L'ensemble s'articule verticalement dans un cylindre sous vide pour forcer la forme gonflée des ballons. Ces éléments sont illustrés dans les figures 1 à 5.
Chaque base double-piston 3 comporte un orifice 5, qui la traverse en son centre, chapeauté d'une soupape à force de rétention ajustable 4 et comportant un bouchon flottant 6 au bas de l'orifice, lequel bloque l'entrée des liquides qui le font flotter.
Le refroidissement s'obtient par la traversée du gaz agissant entre la compression d'une chambre 2 et l'expansion de la suivante, forçant l'ouverture de la soupape de rétention ajustable 4, la détente des gaz à
l'intérieur des chambres qui s'étirent créant le refroidissement. Les meilleures illustrations de ces éléments sont dans les figures 3 et 4. A
chaque course de va ou de vient du groupe de base double-pistons 3 mobile, une compression s'effectue sur le gaz accumulé dans les chambres 2 constituées de ballons qui se compressent simultanément à une succion qui s'opère dans la chambre consécutive où les ballons s'étirent et forcent le gaz à traverser la soupape de rétention 4 située au haut des bases double-pistons 3, créant le refroidissement proportionnel au jeu de rétention provoqué par la tension de la soupape. Le liquide créé par le refroidissement précédent bloquera le bouchon flottant 6 à la partie inférieure des bases double-pistons 3 et s'écoulera par un trajet branché au conduit d'une tuyauterie 7 forçant l'ouverture d'une autre soupape à pression située à son extrémité. Une partie de la tuyauterie 7 est illustrée dans la figure 5 et l'ensemble dans les figures 9 et 10. A chaque étape, en traversant chaque chambre 2 ascendante, le gaz se refroidit de plus en plus en prenant de l'expansion et en décantant graduellement sa teneur liquéfiée.
Deux des bases double-pistons 3 comportent un bouchon étanche 8 à leur base et servent à pomper le gaz humide par d'autres conduits 9 jusqu'à un jeu d'extracteurs 10 consécutifs. Les bouchons étanches 8 et les conduits 9 peuvent être vus dans les figures 7 et 8. Les extracteurs 10 sont illustrés dans les figures 9 et 11A à 12B. Dans la figure 7, on voit l'action descendante comprimer le gaz à travers un conduit 9 alors que l'étirement du ballon subséquent aspire le gaz normalement déshumidifié. L'humidité est extraite par congélation lorsqu'elle est projetée en spirale sur la paroi refroidie des extracteurs 10. Les extracteurs, sollicités en intermittence, sont des réceptacles qui fonctionnent aussi par l'infiltration forcée du gaz à travers un autre type de soupape de rétention ajustable 11, ce qui projette le gaz en tourbillon contre la paroi circulaire refroidie de l'extracteur et gèle l'humidité
condensée en gouttelettes par le refroidissement. Par intervalles consécutifs, un extracteur se débarrassera de la glace accumulée par l'arrivée d'eau chaude, laquelle fera fondre la glace qui s'écoulera en eau.
A la fin du parcours, lorsque le gaz a traversé la dernière base double-piston 3, il est possible que son cycle ne soit pas complété; il se retrouve alors dans un couvercle 12. Dans cette éventualité, ce gaz non liquéfié emprunte le conduit 13 pour rejoindre le conduit du gaz déshumidifié pour revenir en boucle dans la même colonne 1 ou bien s'insérer à l'entrée d'une nouvelle colonne 1 pour un autre parcours autant de fois que nécessaire pour atteindre l'objectif de liquéfaction.
Le volume diamétral du système, le nombre de stations 2 et l'efficacité de la soupape de rétention 4 peuvent s'ajuster ou changer en proportion des étapes de refroidissement désirées.
Le mouvement de va-et-vient peut être obtenu de l'action combinée d'un vilebrequin pour favoriser l'usage d'une roue d'élan ainsi que le rythme et la force proportionnels aux efforts de fins de courses. Une méthode est illustrée dans la figure 9.
Il est entendu que les réalisations de l'invention décrites constituent des illustrations possibles. Des modifications ou des changements peuvent être apportés tout en demeurant fidèle à l'esprit et à la portée de l'invention. 4 pistons remains stationary, thus creating an inter suction and a consecutive compression of the rooms. The whole is articulated vertically in a vacuum cylinder to force the inflated shape of the balloons. These elements are illustrated in Figures 1 to 5.
Each double-piston base 3 comprises an orifice 5, which passes through it in its center, cape of a valve with adjustable retention force 4 and having a floating plug 6 at the bottom of the orifice, which blocks the entrance liquids that make it float.
The cooling is obtained by the crossing of the gas acting between the compression of a chamber 2 and expansion of the next, forcing the opening of the adjustable retention valve 4, the expansion of the gases to the interior of the rooms stretching creating cooling. The best illustrations of these elements are in Figures 3 and 4. A
each running or coming of the base group double-pistons 3 mobile, a compression is performed on the gas accumulated in the chambers 2 formed balloons that simultaneously compress at a suction that occurs in the consecutive chamber where the balloons stretch and force the gas to cross the retention valve 4 located at the top of the double-piston bases 3, creating the cooling proportional to the set of retention caused by the tension of the valve. The liquid created by the previous cooling will block the floating cap 6 at the bottom of the double-piston bases 3 and will flow through a path connected to the conduit of a pipe 7 forcing the opening of another pressure valve at its end. A
part of the piping 7 is illustrated in Figure 5 and the assembly in the Figures 9 and 10. At each step, crossing each ascending chamber 2, the gas is cooling more and more by expanding and decanting gradually its liquefied content.
Two of the double-piston bases 3 comprise a waterproof cap 8 to their base and are used to pump the wet gas through other ducts 9 up to a set of 10 consecutive extractors. Watertight plugs 8 and ducts 9 can be seen in Figures 7 and 8. The extractors 10 are illustrated in Figures 9 and 11A to 12B. In Figure 7, we see the descending action compress the gas through a duct 9 while stretching the balloon Subsequent draws the normally dehumidified gas. Moisture is extracted by freezing when it is projected in a spiral on the cooled wall of extractors 10. The extractors, intermittently solicited, are receptacles that also work by forced infiltration of gas through a another type of adjustable retention valve 11, which projects the gas into swirl against the cooled circular wall of the extractor and freezes humidity condensed into droplets by cooling. At intervals consecutive, an extractor will dispose of ice accumulated by the arrival of hot water, which will melt the ice that will flow in water.
At the end of the run, when the gas has passed through the last double-piston base 3, it is possible that its cycle is not completed; he finds himself then in 12. In this event, this non-liquefied gas is led 13 to join the dehumidified gas duct to return in loop in the same column 1 or insert at the entrance of a new column 1 for another course as many times as necessary for achieve the liquefaction goal.
The diametral volume of the system, the number of stations 2 and the efficiency of the retention valve 4 can adjust or change in proportion to desired cooling steps.
The back-and-forth movement can be obtained from the combined action of a crankshaft to promote the use of a moose wheel as well as the rhythm and the proportional strength to the end-of-race efforts. A method is illustrated in Figure 9.
It is understood that the embodiments of the invention described constitute possible illustrations. Changes or changes can be while remaining faithful to the spirit and scope of the invention.