EP0235017B1 - Procédé et installation pour fournir de l'anhydride carbonique sous haute pression - Google Patents

Procédé et installation pour fournir de l'anhydride carbonique sous haute pression Download PDF

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EP0235017B1
EP0235017B1 EP19870400263 EP87400263A EP0235017B1 EP 0235017 B1 EP0235017 B1 EP 0235017B1 EP 19870400263 EP19870400263 EP 19870400263 EP 87400263 A EP87400263 A EP 87400263A EP 0235017 B1 EP0235017 B1 EP 0235017B1
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pressure
carbon dioxide
pump
temperature
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    • F17C2250/00—Accessories; Control means; Indicating, measuring or monitoring of parameters
    • F17C2250/01—Intermediate tanks

Definitions

  • the present invention relates to a process for supplying carbon dioxide under high pressure by means of a high pressure pump, from a storage tank for liquid carbon dioxide at a temperature below room temperature, this method being of the type described in the preamble of claim 1. It applies for example to the supply of C02 under a pressure of the order of 80 to 130 bars.
  • a conventional technique for obtaining CO 2 under high pressure consists in pumping the liquid CO 2 in two stages: a supply pump draws off the liquid, generally stored at -20 ° C., 20 bar absolute, and brings it to an intermediate pressure which is the suction pressure of the high pressure pump.
  • the feed pump works in cold, in severe conditions, and becomes covered with ice, which makes it difficult to work on this pump.
  • the object of the invention is to provide a simple and reliable technique eliminating the drawback in question. To this end, it relates to a process of the aforementioned type, characterized by the content of the characterizing part of claim 1.
  • the invention also relates to an installation intended for the implementation of such a method.
  • This type of installation comprising a storage tank for liquid carbon dioxide at a temperature below ambient temperature; a high pressure pump; an intermediate container entirely situated below the minimum level of the liquid in the tank and connected to the lower and upper parts of this tank; means for maintaining this intermediate container at a given temperature; means for sub-cooling the liquid contained in said container; and a pipe for bringing the sub-cooled liquid to the suction of the pump, is characterized in that said holding means are intermittent heating means; and said given temperature is close to ambient temperature.
  • the installation shown in FIG. 1 is intended to supply, via a pipe 1, the use of liquid CO 2 under a regulated high pressure which is, for example, of the order of 80 to 130 bars, in the vicinity of ambient temperature.
  • It essentially comprises a tank 2 for storing liquid C02 at -20 ° C, 20 bars absolute, of large capacity, two intermediate containers 3 of very lower capacity, for example of the order of 100 liters, a bottle of liquid C02 4 , two centrifugal feed pumps 5, associated respectively with the receptacles 3, a high pressure pump 6, of the volumetric membrane type provided with a regulation device 7, an accumulator 8 and a device 9 for sub-cooling the high pressure liquid .
  • the containers 3 are arranged entirely at a level below the minimum level of the liquid in the tank 2, in practice entirely below the bottom of this tank.
  • the upper part of the tank is connected in parallel to the two containers 3 by lines 10, and the lower part of the tank is connected in parallel to these two containers by lines 11.
  • the bottle 4 is also connected in parallel to the two containers 3 by lines 12.
  • the suction of the pump 6 is connected in parallel to the two containers 3 by lines 13 each equipped with a feed pump 5.
  • a line 14 provided with a throttle (or, alternatively, a calibrated valve) 15 connects the discharge of each pump 5 to the associated container 3.
  • Each container 3 is provided internally with a heating resistor 16 adapted to maintain the content of the container at a constant temperature close to the ambient, for example + 20 ° C.
  • the accumulator 8 is divided into two chambers by a membrane; one of these chambers is connected to a bottle 17 containing an auxiliary gas, for example, nitrogen, under the desired high pressure (set pressure), and the other chamber is connected to the discharge of the pump 6.
  • the operating line 1 leaves from the entrance to this last room.
  • the regulating device 7 comprises a differential pressure sensor 18 which measures the set pressure and the discharge pressure of the pump 6. It sends to a frequency converter 19 a signal representative of the difference between these two pressures, and the frequency converter governed as a function of this signal the speed of the gear motor 20 for driving the pump 6 and / or the stroke of its piston, by increasing or decreasing it following that the delivery pressure is lower or higher than the set pressure.
  • the receptacles 3, the bottles 4 and 17, the pumps 5 and 6 and the accumulator 8 are arranged in a room 21, the temperature of which is maintained continuously at the aforementioned value of + 20 ° C.
  • the pipe 1 is cooled by a few degrees, for example to +10 to + 15 ° C, by the device 9.
  • This device includes a jacket 22 surrounding the pipe 1, a water conditioner 23 and a circulation circuit comprising a pump 24 and adapted to circulate the water against the current of CO 2 in the jacket 22.
  • the upper part of the reservoir 2 is connected to the suction and discharge of the pump 6 by lines 25, and the lines 1, 10 to 13 and 25 are provided with solenoid valves allowing the operation of the installation, which will now be described.
  • the resistors 16 are started up, bringing the liquid contained in the containers 3 to + 20 ° C., with a corresponding increase in pressure but without vapor pressure.
  • the solenoid valves of the conduits 12 are then opened, which puts the liquid contained in the two containers 3 in equilibrium with its vapor, at + 20 ° C., 58 bar absolute, and the pumps 5 are started up.
  • the solenoid valves pipes 13 are closed, a higher pressure is created therein, thanks to the presence of the throttles 15, for example of the order of 70 bars.
  • the liquid C0 2 is therefore sub-cooled, which ensures a single-phase supply of the high pressure pump 6.
  • the solenoid valve of one of the lines 13 is then opened, and the high pressure pump 6 is started up.
  • the latter delivers liquid C0 2 under high pressure in the accumulator 8 and in the line 1, which is purged of the CO 2 gas it contained, and the pressure increases in line 1 to the desired value.
  • This liquid, during its passage in the pipe 1, is sub-cooled by the device 9 on leaving the room 21, which ensures at the outset the recondensation of the gaseous C0 2 which may be in the pipe 1, then a single-phase liquid distribution .
  • the high pressure is maintained at a constant value by regulating the flow rate of the pump 6 by means of the device 7, as described above.
  • the pulsations of the pump 6 are not felt in the pipe 1.
  • FIG. 2 differs from that in FIG. 1 only in the way in which the liquid is sub-cooled on leaving the containers 3. In fact, in this case, instead of increasing its pressure at constant temperature , its temperature is reduced at constant pressure. For this, the pumps 5, the return pipes 14 and their throttles 15 are eliminated, and each pipe 13 passes through a heat exchanger 26 cooled against the current by the water supplied by the device 9 and connected in series with the jacket 22, upstream thereof.
  • liquid C0 2 contained in line 1 can optionally be vaporized to be used in the gaseous state.

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Description

  • La présente invention est relative à un procédé pour fournir de l'anhydride carbonique sous haute pression au moyen d'une pompe haute pressin, à partir d'un réservoir de stockage d'anhydride carbonique liquide à une température inférrieure à la température ambiante, ce procédé étant du type décrit dans le préambule de la revendication 1. Elle s'applique par exemple à la fourniture de C02 sous une pression de l'ordre de 80 à 130 bars.
  • Une technique classique pour obtenir du C02 sous haute pression consiste à pomper le C02 liquide en deux temps: une pompe d'alimentation soutire le liquide, stocké généralement à -20°C, 20 bars absolus, et le porte à une pression intermédiaire qui est la pression d'aspiration de la pompe haute pression. Par suite, la pompe d'alimentation travaille en froid, dans des conditions sévères, et se couvre de glace, ce qui rend malaisées les interventions sur cette pompe.
  • Le DE-U-83 00 239 décrit un procédé du type précité, dans lequel le récipient intermédiaire sert à sous-refroidir le liquide. Cette technique connue ne permet donc pas d'éliminer les difficultés ci-dessus.
  • L'invention a pour but de fournir une téchni- que simple et fiable supprimant l'inconvénient en Question. A cet effet, elle a pour objet un procédé du type précité, caractérisé par le contenu de la partie caractérisante de la revendication 1.
  • Suivant des caractéristiques avantageuses de l'invention:
    • avant de soutirer le liquide du récipient intermédiaire, on met ce récipient en communication avec une source auxiliaire d'anhydride carbonique gazeux à la pression d'équilibre liquide-vapeur de l'anhydride carbonique à ladite température donnée;
    • on utilise comme source auxiliaire d'anhydride carbonique gazeux une bouteille contenant de l'anhydride carbonique liquide et maintenue à ladite température donnée;
    • on règle en permanence le débit de la pompe haute pression en comparant sa pression de refoulement à une pression de consigne et en modifiant le débit de la pompe dans le sens qui tend à annuler l'écart entre ces deux pressions.
  • L'invention a également pour objet une installation destinée à la mise en oeuvre d'un tel procédé. Cette installation du type comprenant un réservoir de stockage d'anhydride carbonique liquide à une température inférieure à la température ambiante; une pompe haute pression; un récipient intermédiaire entièrement situé au-dessous du niveau minimal du liquide dans le réservoir et reliée aux parties inférieure et supérieure de ce réservoir; des moyens de maintien de ce récipient intermédiaire à une température donnée; des moyens de sous-refroidissement du liquide contenu dans ledit récipient; et une conduite pour amener le liquide sous-refroidi à l'aspiration de la pompe, est caractérisée en ce que lesdits moyens de maintien sont des moyens de chauffage intermittent; et ladite température donnée est voisine de la température ambiante.
  • Des exemples de réalisation de l'invention vont maintenant être décrits en regard des dessins annexés, sur lesquels;
    • la figure 1 est une vue schématique d'une installation conforme à l'invention; et
    • la figure 2 est une vue analogue d'une variante de cette installation.
  • L'installation représentée à la figure 1 est destinée à fournir par une conduite d'utilisation 1 du C02 liquide sous une haute pression régulée qui est par exemple de l'ordre de 80 à 130 bars, au voisinage de la température ambiante. Elle comprend essentiellement un réservoir 2 de stockage de C02 liquide à -20°C, 20 bars absolus, de grande capacité, deux récipients intermédiaires 3 de capacité très inférieure, par exemple de l'ordre de 100 litres, une bouteille de C02 liquide 4, deux pompes centrifuges d'alimentation 5, associées respectivement aux récipients 3, une pompe haute pression 6, du type volumétrique à membrane munie d'un dispositif de régulation 7, un accumulateur 8 et un dispositif 9 de sous-refroidissement du liquid haute pression.
  • Les récipients 3 sont disposés entièrement à un niveau inférieur au niveau minimal du liquide dans le réservoir 2, en pratique entièrement au-dessous du fond de ce réservoir. La partie supérieure du réservoir est reliée en parallèle aux deux récipients 3 par des conduites 10, et la partie inférieure du réservoir est reliée en parallèle à ces deux récipients par des conduites 11. La bouteille 4 est également reliée en parallèle aux deux récipients 3 par des conduites 12.
  • L'aspiration de la pompe 6 est reliée en parallèle aux deux récipients 3 par des conduites 13 équipées chacune d'une pompe d'alimentation 5. Une conduite 14 pourvue d'un étranglement (ou, en variante, d'un clapet taré) 15 relie le refoulement de chaque pompe 5 au récipient 3 associée.
  • Chaque récipient 3 est pourvu intérieurement d'une résistance chauffante 16 adaptée pour maintenir le contenu du récipient à une température constante voisine de l'ambiente, par exemple +20°C.
  • L'accumulateur 8 est divisé en deux chambres par une membrane; l'une de ces chambres est reliée à une bouteille 17 contenant un gaz auxiliaire, par exemple, de l'azote, sous le haute pression désirée (pression de consigne), et l'autre chambre est reliée au refoulement de la pompe 6. La conduite d'utilisation 1 part de l'entrée de cette dernière chambre.
  • Le dispositif de régulation 7 comprend un capteur de pression différentielle 18 qui mesure la pression de consigne et la pression de refoulement de la pompe 6. Il envoie à un convertisseur de fréquence 19 un signal représentatif de l'écart entre ces deux pressions, et le convertisseur de fréquence régie en fonction de ce signal la vitesse du moto-réducteur 20 d'entrainement de la pompe 6 et/ou la course de son piston, en l'augmentant ou en la diminuant suitant que la pression de refoulement est inférieure ou supérieure à la pression de consigne.
  • Les récipients 3, les bouteilles 4 et 17, les pompes 5 et 6 et l'accumulateur 8 sont disposés dans un local 21 dont la température est maintenue en permancence à la valeur précitée de +20°C. A sa sortie de ce local, la conduite 1 est refroidie de quelques degrés, par exemple jusqu'à +10 à +15°C, par le dispositif 9. Ce dispositif comprend une chemise 22 entourant la conduite 1, un conditionneur d'eau 23 et un circuit de circulation comportant une pompe 24 et adapté pour faire circuler l'eau à contre-courant du CO2 dans la chemise 22.
  • Par ailleurs, la partie supérieure du réservoir 2 est reliée à l'aspiration et au refoulement de la pompe 6 par des conduites 25, et les conduites 1, 10 à 13 et 25 sont pourvues d'électrovannes permettant le fonctionnement de l'installation, qui va maintenant être décrit.
  • Au départ, on purge tous les circuits par du C02 gazeux à -20°C, 20 bars au moyen de conduites 10, 13, 14 et 25, puis, les électrovannes des conduites 10 restant ouvertes et celles des conduites 12, 13 et 25 étant fermées, on ouvre les électrovannes des conduites 11. Ainsi, par simple gravité, les récipients 3 se remplissent entièrement de liquide, les pompes 5 sont noyées, et le liquide monte jusqu'à un niveau supérieur à celui des électrovannes des conduites 10 et 11.
  • Après fermeture de ces quatre électrovannes, on met en marche les résistances 16, ce qui porte le liquide contenu dans les récipients 3 à +20°C, avec une augmentation correspondante de pression mais sans tension de vapeur.
  • On ouvre alors les électrovannes des conduites 12, ce qui met le liquide contenu dans les deux récipients 3 en équilibre avec sa vapeur, à +20°C, 58 bars absolus, et l'on met en marche les pompes 5. Comme les électrovannes des conduites 13 sont fermées, il se crée dans celles-ci, grâce à la présence des étranglements 15, une pression plus élevée, par exemple de l'ordre de 70 bars. Le C02 liquide est donc sous-refroidi, ce qui assure une alimentation monophasique de la pompe haute pression 6.
  • On ouvre ensuite l'électrovanne d'une des conduites 13, et l'on met en marche la pompe haute pression 6. Celle-ci délivre du C02 liquide sous haute pression dans l'accumulateur 8 et dans la conduite 1, laquelle est purgée du C02 gazeux qu'elle contenait, et la pression augmente dans la conduite 1 jusqu'à la valeur souhaitée. On peut alors ouvrir la vanne de fermeture de cette conduite 1 et utiliser le C02 liquide. Ce liquide, pendant son passage dans la conduite 1, est sous-refroidi par le dispositif 9 à sa sortie du local 21, ce qui assure au départ la recondensation du C02 gazeux pouvant se trouver dans la conduite 1, puis une distribution liquide monophasique.
  • Dès qu'il y a consommation de CO2 haute pression, le niveau du liquide baisse dans le récipient 3 en service. Dans ce dernier, le liquide, constamment chauffé à +20°C, se vaporise, de sorte que la pression est maintenue à 58 bars sans consommation du C02 contenu dans la bouteille 4.
  • La haute pression est maintenue à une valeur constante par régulation du débit de la pompe 6 au moyen bu dispositif 7, de la manière décrite plus haut. De plus, grâce à la présence de l'accumulateur 8, les pulsations de la pompe 6 ne se ressentent pas dans la conduite 1.
  • Lorsque le récipient 3 en service est presque vide (ce qui peut se déterminer par une minuterie lorsque l'installation fonctionne en continu), on commute les électrovannes des conduites 13, ce qui met l'autre récipient 3 en service, on arrête la pompe 5 du premier récipient 3, et l'on procède à son remplissage par gravité en C02 liquide à partir du réservoir 2, comme précédemment, après equilibrage des pressions par la conduite 10 associée.
  • L'installation de la figure 2 ne diffère de celle de la figure 1 que par la manière dont le liquide este sous-refroidi à sa sortie des récipients 3. En effet, dans ce cas, au lieu d'augmenter sa pression à température constante, on diminue sa température à pression constante. Pour cela, les pompes 5, les conduites de retour 14 et leurs étranglements 15 sont supprimés, et chaque conduite 13 traverse un échangeur de chaleur 26 refroidi à contre-courant par l'eau fourni par le dispositif 9 et branché en série avec la chemise 22, en amont de celle-ci.
  • Il est à noter que tout ou partie du C02 liquide contenu dans la conduite 1 peut être éventuellement vaporisé pour être utilisé à l'état gazeux.

Claims (14)

1. Procédé pour fournir de l'a hydride carbonique sous haute pression au moyen d'une pompe haute pression (6), à partir d'un réservoir (2) de stockage d'anhydrique carbonique liquide à une température inférieure à la température ambiante, du type dans lequel on remplit totalement un récipient intermédiaire (3) d'anhydride carbonique liquide provenant du réservoir de stockage (2), ce remplissage s'effectuant par simple gravité; et, tout en maintenant le récipient intermédiaire à une température donnée, on soutire du liquide de ce récipient intermédiaire et on l'amène à l'aspiration de la pompe (6) après l'avoir sous-refroidi, ce procédé étant caractérisé en ce que:
on amène le contenu du récipient intermédiaire à ladite temperature donnée après son remplissage par gravité; et
ladite température donnée est voisine de la température ambiante.
2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'avant de soutirer le liquide du récipient intermédiaire (3), on met ce récipient en communication avec une source auxiliaire (4) d'anhydride carbonique gazeux à la pression d'équilibre liquide-vapeur de l'anhydride carbonique à ladite température donnée.
3. Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce qu'on utilise comme source auxiliaire d'anhydride carbonique gazeux une bouteille (4) contenant de l'anhydride carbonique liquide et maintenue à ladite température donnée.
4. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'on régie en permanence le débit de la pompe haute pression
(6) en comparant sa pression de refoulement à une pression de consigne et en modifiant le débit de la pompe dans le sens qui tend à annuler l'écart entre ces deux pressions.
5. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'on sous- refroidit le liquide soutiré en augmentant sa pression au moyen d'une pompe auxiliaire (5).
6. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'on utilise un fluide de refroidissement maintenu à une température inférieure à ladite temperature donnée, notamment de l'eau, pour sous-refroidir d'une part de liquide soutiré du récipient intermédiaire (3), d'autre par le liquide refoulé par la pompe haute pression (6).
7. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'on utilise en alternance deux récipients intermédiaires (3).
8. Installation pour la mise en oeuvre du procédé suivant la revendication 1, du type comprenant:
un réservoir (2) de stockage d'anhydride carbonique liquide à une température inférieure à la temperature ambiante
une pompe haute pression (6);
un récipient intermédiaire (3) entièrement situé au-dessous du niveau minimal du liquide dans le réservoir (2) et relié aux parties inférieure et superieure de ce réservoir;
des moyens (16) de maintien de ce récipient intermédiaire à une température donnée;
des moyens (5; 26) de sous-refroidissement du liquide contenu dans ledit récipient (3); et
une conduite (13) pour amener le liquide sous-refroidi à l'aspiration de la pompe (6),
cette installation étant caractérisée en ce que;
lesdits moyens de maintien (16) sont des moyens de chauffage intermittent; et
ladite température donnée est voisine de la température ambiante.
9. installation suivant la revendication 8, caractérisée en ce qu'elle comprend une source auxiliaire (4) d'anhydride carbonique gazeux sous la pression d'équilibre liquid-vapeur de l'anhydride carbonique à ladite température donnée, reliée au récipient intermédiaire (3).
10. Installation suivant l'une des revendications 8 et 9, caractérisée en ce qu'elle comprend une source (17) de gaz auxiliaire sous ladite haute pression, un capteur de pression différentielle (18) mesurant la différence entre la pression de ce gaz et celle du liquide refoulé par la pompe haute pression (6), et un convertisseur de fréquence (19) recevant dudit capteur un signal représentatif de l'écart entre les deux pressions et réglant en fonction de ce signal de débit de la pompe.
11. Installation suivant l'une quelconque des revendications 8 à 10, caractérisée en ce que les moyens de sous-refroidissement comprennent une pompe auxiliaire (5).
12. Installation suivant l'une quelconque des revendications 8 à 10, caractérisée en ce qu'elle comprend un circuit (9) d'eau maintenu à une température inférieure à ladite température donnée, en relation d'échange thermique d'une part avec le liquide soutiré du récipient intermédiaire (3), d'autre part avec la conduite (1) de délivrance de l'anhydride carbonique liquide sous haute pression.
13. Installation suivant l'une quelconque des revendications 8 à 12, caractérisée en ce qu'elle comprend deux récipients intermédiaires (3) fonctionnant en alternance et interposés en parallèle entre le réservoir de stockage (2) et la pompe haute pression (6).
EP19870400263 1986-02-07 1987-02-05 Procédé et installation pour fournir de l'anhydride carbonique sous haute pression Expired - Lifetime EP0235017B1 (fr)

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