EP0463265A1 - Procédé de distribution d'un mélange gazeux - Google Patents

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EP0463265A1 EP90401819A EP90401819A EP0463265A1 EP 0463265 A1 EP0463265 A1 EP 0463265A1 EP 90401819 A EP90401819 A EP 90401819A EP 90401819 A EP90401819 A EP 90401819A EP 0463265 A1 EP0463265 A1 EP 0463265A1
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Aldo Travaini
Pietro Zucchelli
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Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Sio Per L'industria Dell'ossigeno E Di Altri Gas Soc
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Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Sio Per L'industria Dell'ossigeno E Di Altri Gas Soc
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    • B01F23/481—Mixing liquids with liquids; Emulsifying characterised by the nature of the liquids using liquefied or cryogenic gases
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    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F35/00—Accessories for mixers; Auxiliary operations or auxiliary devices; Parts or details of general application
    • B01F35/80—Forming a predetermined ratio of the substances to be mixed
    • B01F35/83—Forming a predetermined ratio of the substances to be mixed by controlling the ratio of two or more flows, e.g. using flow sensing or flow controlling devices

Definitions

  • the present invention relates to the distribution of a gaseous mixture conveyed in liquefied form in a tank from a production site to a site of use.
  • the present invention relates to a process for distributing a gaseous mixture in exactly required proportions, from separate storage of said constituents in the liquid state on the production site, which is mixed in the liquid state and transfer in a cryogenic tank of a transporter then, after transport, which is transferred to cryogenic storage on the site of use to be vaporized and distributed in the gaseous state according to demand.
  • the object of the invention is to develop a gaseous diaper in the perfectly homogeneous liquid state with contents of its constituents strictly in accordance with those of the gaseous mixture to be dispensed, and this by using simple, inexpensive, effective means. and safe to prepare the mixture in the liquid state.
  • This object of the invention is achieved in that the mixing of the constituents in the liquid state is carried out directly on a transfer line towards the tank of the transporter by drawing off by pump and valve of the said constituents in the liquid state out of said storage and this at flow rates roughly adjusted to their respective contents in the final mixture, passage of said flow rates in a static mixer, analysis sample on the mixing flow rate in liquid state and determination of the actual content of at least one constituent, action on a means for fine adjustment of the flow rate of said constituent according to a differential signal between a set value of said constituent and said measured value in order to constantly restore the content of this constituent to its exact set value , after which the mixture in the liquid state is introduced into the tank of the transporter.
  • the mixture consists essentially of two constituents and the constituent having the lowest target content is adjusted to its exact value.
  • the invention also relates to equipment for preparing a mixture of gases in the liquid state, of the type comprising, on the production site, elementary storage tanks for the said constituents in the liquid state, minus a transfer pipe with pump and coarse adjustment valve to a tank of a transporter, characterized in that the transfer pipe incorporates a static mixer, the inlet of which is connected to as many elementary pipes as there are storage tanks, while the single outlet pipe of said mixer is associated with a means for sampling and analysis of the content of at least one constituent of the liquid mixture, with means for processing the analysis signal compared to a set value and control means of a fine adjustment valve placed on the elementary pipe of the constituent analyzed downstream of the coarse adjustment valve, which are controlled by said means processing the analysis signal.
  • two nitrogen 11 and oxygen 21 storage units are respectively associated with a withdrawal pump 12 (22) sucking in at 13 (23) and discharging towards the pipe 14 (24) through a safety valve 19 (29) slaved to a non-return safety device 18 (28) associated with non-return valves 32-33.
  • Each pump recycles an excess flow via line 15 (25) and the recycling valve 16 (26) controlled by the pump discharge pressure by a regulator 17 (27), so as to carry out a rough adjustment of the nitrogen flows and liquid oxygen in lines 14 (24).
  • the pipes 14 and 24 meet at the inlet of a static mixer 34, but the oxygen pipe 24 incorporates a fine adjustment valve 24.
  • the outlet of the mixer 34 is connected to a pipe 35 which incorporates a sampling device of the liquid mixture 47 associated with an apparatus for measuring the oxygen content 36 which, by means not shown, delivers a control signal acting permanently on the fine adjustment valve 31 and if necessary on two solenoid valves 40 and 41 to prevent filling of the tank in the event of incorrect oxygen content in the mixture.
  • the assembly 37-38 makes it possible to obtain a mixing flow which is stable at the level of the sample 47 for the analysis 37 of the oxygen.
  • Line 35 ends with a connector 42 to a hose 44 of a tank 43 on a road vehicle 45.
  • a means 46 allows manual and simultaneous switching of the solenoid valves 40 and 41 to prevent filling of the tank 43.
  • nitrogen and liquid oxygen are simultaneously withdrawn from storage 11 and 21 by pumps 12 and 22, which send corresponding flow rates roughly adjusted by valves 16 and 26.
  • a flow d analysis is taken at 47 and immediately analyzed at 36 to determine the oxygen content.
  • This oxygen content is compared to a setpoint content - fixed between 21 and 23% for medical air, and feeds back with a very short response time - of the order of 10 seconds - on the fine adjustment valve 31 for correct any deviation of the oxygen content from the setpoint.

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Abstract

Procédé de distribution d'un mélange gazeux dans des proportions exactement requises, à partir de stockages distincts des dits constituants à l'état liquide (11-12) sur le site de production, que l'on mélange à l'état liquide dans une citerne cryogénique d'un transporteur puis, après transport, que l'on transvase dans un stockage cryogénique sur le site d'utilisation pour être vaporisé et distribué à l'état gazeux en fonction de la demande, caractérisé en ce que l'opération de mélange (en 34) des constituants à l'état liquide s'effectue directement sur une conduite de transfert (35) vers la citerne (43) du transporteur (45) par soutirage par pompe (12-22) et vanne (19-29) desdits constituants à l'état liquide hors des stockages (11-12) et cela à des débits réglés de façon grossière à leurs teneurs respectives dans le mélange final, passage des dits débits dans un mélangeur statique (34), prélèvement d'analyse (39-46) sur le débit de mélange à l'état liquide et détermination de la teneur réelle d'au moins un constituant, action sur un moyen de réglage fin (31) du débit dudit constituant en fonction d'un signal différentiel entre une valeur de consigne dudit constituant et ladite valeur mesurée en vue de rétablir constamment la teneur de ce constituant à sa valeur exacte de consigne, après quoi le mélange à l'état liquide est introduit dans la citerne (43) du transporteur (45).
Application notamment à la distribution d'air médical.

Description

  • La présente invention concerne la distribution d'un mélange gazeux véhiculé sous forme liquéfiée en citerne d'un site de production à un site d'utilisation.
  • Actuellement, la distribution de mélanges gazeux est effectuée soit à partir de mélanges préétablis en bouteilles à leurs teneurs exactes, soit à partir de bouteilles contenant chacune un constituant, le mélange à l'état gazeux s'effectuant en fonction de la demande sur le site d'utilisation.
  • Lorsque les volumes sont très importants, il est préférable d'effectuer le transport des gaz à l'état liquéfié. Généralement, on utilise à cet effet des citernes de forte capacité sur transporteur et il est avantageux de préparer le mélange de liquides au poste de production pour transférer sur le site d'utilisation le mélange directement dans un réservoir-évaporateur unique, qui délivre le mélange gazeux en fonction de la demande. Dans ce cas, la technique la plus couramment utilisée est de déverser par pesée des quantités appropriées de constituants du mélange à l'état liquide directement dans la citerne du transporteur. Cette façon simple et économique s'avère assez satisfaisante pour un certain nombre d'applications où les teneurs du mélange à l'état gazeux ne sont pas strictement imposées. Cependant, il s'est avéré que le mélange vaporisé à l'état gazeux subissait des fluctuations relativement importantes, du fait d'une hétérogénéité du liquide dans la citerne du transporteur dont les différents constituants ne sont pas parvenus à se mélanger intimement. Cela est particulièrement vrai lorsque la citerne de forte capacité présente des cloisonnements internes de renfort, qui tendent à localiser les constituants - selon leur ordre d'introduction - dans des zones plus ou moins renfoncées de la citerne et cette hétérogénéité se retrouve, même si elle est affaiblie, dans le stockage sur le site d'utilisation. Et cette situation a des répercussions particulièrement indésirables dans certaines applications où la teneur des constituants d'un mélange gazeux doit être aussi constante et fixe que possible dans le temps. C'est le cas par exemple de l'air médical où la teneur en oxygène dans le mélange oxygène-azote doit être maintenue, selon les normes en vigueur entre 21 et 23 %.
  • C'est la raison pour laquelle on a dû renoncer, dans certaines applications, au transfert de quantités importantes de mélanges gazeux à l'état liquide en prévoyant d'autres moyens, même plus onéreux. Par exemple, dans le domaine de l'air médical, on a préféré faire appel à des moyens de production d'air pur sur le site, à partir de l'air atmosphérique ambiant, mettant en oeuvre de gros compresseurs et d'importants et coûteux moyens d'épuration aussi bien particulaires que bactériens.
  • La présente invention concerne un procédé de distribution d'un mélange gazeux dans des proportions exactement requises, à partir de stockages distincts des dits constituants à l'état liquide sur le site de production, que l'on mélange à l'état liquide et transfert dans une citerne cryogénique d'un transporteur puis, après transport, que l'on transvase dans un stockage cryogénique sur le site d'utilisation pour être vaporisé et distribué à l'état gazeux en fonction de la demande.
  • Le but de l'invention est d'élaborer un lange gazeux à l'état liquide parfaitement homogène avec des teneurs en ses constituants strictement conformes à celles du mélange gazeux à distribuer, et cela en mettant en oeuvre des moyens simples, peu coûteux, efficaces et sûrs d'élaboration du mélange à l'état liquide. Cet objectif de l'invention est atteint en ce que le mélange des constituants à l'état liquide s'effectue directement sur une conduite de transfert vers la citerne du transporteur par soutirage par pompe et vanne desdits constituants à l'état liquide hors des dits stockages et cela à des débits réglés de façon grossière à leurs teneurs respectives dans le mélange final, passage des dits débits dans un mélangeur statique, prélèvement d'analyse sur le débit de mélange à l'état liquide et détermination de la teneur réelle d'au moins un constituant, action sur un moyen de réglage fin du débit dudit constituant en fonction d'un signal différentiel entre une valeur de consigne dudit constituant et ladite valeur mesurée en vue de rétablir constamment la teneur de ce constituant à sa valeur exacte de consigne, après quoi le mélange à l'état liquide est introduit dans la citerne du transporteur.
  • Ainsi, il suffit de perfectionner les moyens habituels de transfert vers la citerne du transporteur pour permettre la constitution "en ligne", c'est-à-dire dans la conduite de transfert elle-même, du mélange dans les teneurs exactes requises par l'utilisateur. Cette façon de faire permet l'emploi particulièrement économique et fiable du transport liquide et de la vaporisation sur le site d'utilisation.
  • Selon une forme particulière d'application, le mélange est formé essentiellement de deux constituants et on règle à sa valeur exacte le constituant ayant la teneur de consigne la plus faible.
  • L'invention a également pour objet un équipement d'élaboration d'un mélange de gaz à l'état liquide, du genre comprenant, sur le site de production, des réservoirs de stockage élémentaires pour les dits constituants à l'état liquide, au moins une conduite de transfert à pompe et vanne de réglage grossier vers une citerne d'un transporteur, caractérisé en ce que la conduite de transfert incorpore un mélangeur statique, dont l'entrée est raccordée à autant de conduites élémentaires qu'il y a de réservoirs de stockage, alors que la conduite unique de sortie dudit mélangeur est associée à un moyen de prélèvement et d'analyse de la teneur d'au moins un constituant du mélange liquide, avec des moyens de traitement du signal d'analyse comparativement à une valeur de consigne et des moyens de commande d'une vanne de réglage fin placée sur la conduite élémentaire du constituant analysé en aval de la vanne de réglage grossier, qui sont asservis aux dits moyens de traitement du signal d'analyse.
  • L'invention est maintenant décrite à titre d'exemple au référence au dessin annexé qui représente un équipement d'élaboration d'un mélange du gaz à l'état liquide appliqué à la reconstitution d'air médical.
  • En se référant au dessin annexé, deux stockages d'azote 11 et d'oxygène 21 sont respectivement associés à une pompe de soutirage 12 (22) aspirant en 13 (23) et refoulant vers la conduite 14 (24) au travers d'une vanne de sécurité 19 (29) asservie à un dispositif de sécurité anti-retour 18 (28) associé à des clapets anti-retour 32-33. Chaque pompe recycle un débit excédentaire via la conduite 15 (25) et la vanne de recyclage 16 (26) asservie à la pression de refoulement de pompe par un régulateur 17 (27), de façon à réaliser un réglage grossier des débits d'azote et d'oxygène liquide dans les conduites 14 (24).
  • Les conduites 14 et 24 se rejoignent à l'entrée d'un mélangeur statique 34, mais la conduite d'oxygène 24 incorpore une vanne de réglage fin 24. La sortie du mélangeur 34 est raccordée à une conduite 35 qui incorpore un dispositif de prélèvement du mélange liquide 47 associé à un appareil de mesure de la teneur en oxygène 36 qui, par des moyens non représentés, délivre un signal de commande agissant de façon permanente sur la vanne de réglage fin 31 et le cas échéant sur deux électrovannes 40 et 41 pour empêcher le remplissage de la citerne en cas de teneur en oxygène incorrecte dans le mélange. L'ensemble 37-38 permet d'obtenir un débit de mélange qui est stable au niveau du prélèvement 47 pour l'analyse 37 de l'oxygène. La conduite 35 se termine par un raccord 42 à un flexible 44 d'une citerne 43 sur véhicule routier 45. En cas d'urgence, un moyen 46 permet de commuter manuellement et simultanément les électrovannes 40 et 41 pour interdire le remplissage de la citerne 43.
  • En opération, de l'azote et de l'oxygène liquide sont soutirés simultanément des stockages 11 et 21 par les pompes 12 et 22, qui envoient des débits correspondants réglés grossièrement par les vannes 16 et 26. Après mélange en 34, un débit d'analyse est prélevé en 47 et immédiatement analysé en 36 pour en déterminer la teneur en oxygène. Cette teneur en oxygène est conparée à une teneur de consigne - fixée entre 21 et 23 % pour l'air médical, et rétroagit avec un temps de réponse très court - de l'ordre de 10 secondes - sur la vanne de réglage fin 31 pour corriger tout écart de la teneur en oxygène par rapport à la valeur de consigne.
  • On réalise ainsi un mélange constant d'azote et d'oxygène, aux teneurs requises, et ce mélange se retrouve bien entendu dans la masse liquide de la citerne, qui est alors tout à fait homogène.

Claims (4)

  1. Procédé de distribution d'un mélange gazeux dans des proportions exactement requises, à partir de stockages distincts des dits constituants à l'état liquide (11-21) sur le site de production, que l'on mélange à l'état liquide dans une citerne cryogénique d'un transporteur puis, après transport, que l'on transvase dans un stockage cryogénique sur le site d'utilisation pour être vaporisé et distribué à l'état gazeux en fonction de la demande, caractérisé en ce que l'opération de mélange (en 34) des constituants à l'état liquide s'effectue directement sur une conduite de transfert (35) vers la citerne (43) du transporteur (45) par soutirage par pompe (12-22) et vanne de recyclage (16-26) desdits constituants à l'état liquide hors des stockages (11-21) et cela de façon à assurer des débits réglés de façon grossière à leurs teneurs respectives dans le mélange final, passage des dits débits dans un mélangeur statique (34), prélèvement d'analyse (47-36) sur le débit de mélange à l'état liquide et détermination de la teneur réelle d'au moins un constituant, action sur un moyen de réglage fin (31) du débit dudit constituant analysé en fonction d'un signal différentiel entre une valeur de consigne dudit constituant et ladite valeur mesurée en vue de rétablir constamment la teneur de ce constituant à sa valeur exacte de consigne, après quoi le mélange à l'état liquide est introduit dans la citerne (43) du transporteur (45).
  2. Procédé de distribution d'un mélange gazeux selon la revendication 1, caractérisé en ce que le mélange est formé essentiellement de deux constituants (11-21), et en ce qu'on règle à sa valeur exacte le constituant (21) ayant la teneur de consigne la plus faible.
  3. Procédé de distribution d'un mélange gazeux selon la revendication 2, caractérisé en ce que le mélange gazeux est de l'air reconstitué et en ce qu'on règle (en 31) à sa valeur exacte la teneur de l'oxygène (21) par rapport à la teneur en azote (11) grossièrement réglée lors du soutirage.
  4. Equipement d'élaboration d'un mélange de gaz à l'état liquide, du genre comprenant, sur un site de production, des réservoirs de stockage (11-21) pour plusieurs constituants à l'état liquide dudit mélange, au moins une conduite de transfert (14-24-35) à pompe (12-22) et vanne de recyclage (16-26) pour réglage grossier du débit vers une citerne (43) d'un transporteur (45), caractérisé en ce que la conduite de transfert (35) incorpore un mélangeur statique (34), dont l'entrée est raccordée à autant de conduites élémentaires (14-24) qu'il y a de réservoirs de stockage (11-21), alors que la conduite unique de sortie (35) dudit mélangeur (34) est associée à un moyen de prélèvement (47) et d'analyse (36) de la teneur d'au moins un constituant du mélange liquide, avec des moyens de traitement du signal d'analyse comparativement à une valeur de consigne et des moyens de commande d'une vanne de réglage fin (31) placée sur la conduite élémentaire (24) du constituant analysé (21) en aval de la vanne de réglage grossier, qui sont asservis aux dits moyens de traitement du signal d'analyse.
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