FR2493175A1 - Procede et dispositif pour le transfert d'un gaz a un liquide ou analogue - Google Patents

Abstract

DANS LA CHAMBRE 12 LE GAZ BARBOTE SOUS FORTE PRESSION EN REFOULANT UN PEU DU LIQUIDE 18 DANS LE RESERVOIR DE SURCHAGE 38. DANS L'AUTRE CHAMBRE 14 LE LIQUIDE SATURE EST RENVOYE A LA SORTIE 24 PAR LE LIQUIDE A TRAITER QUI ARRIVE SOUS PRESSION REDUITE PAR 22. AU BOUT D'UN TEMPS DETERMINE LA POMPE 40 QUI FAISAIT CIRCULER LE GAZ EN CIRCUIT FERME S'ARRETE, L'EXCES DE LIQUIDE REDESCEND DE 38 DANS 12, PUIS LES VANNES INVERSENT LES ROLES DES DEUX CHAMBRES ET UN NOUVEAU CYCLE S'EFFECTUE.

Description

La présente invention se réfère au transfert d'un fluide compressible ou gaz, tel que l'oxygène ou l'hydrogene, à une substance incompressible liquide ou semi-liquide telle que l'eau ou une boue de charbon. Elle constitue un perfectionnement des systèmes décrits dans les brevets américains 3 926 588 et 4 087 262 au nom du présent Demandeur.

Suivant le premier de ces brevets l'on injecte du gaz dans un liquide à l'intérieur d'un dispositif de transfert et le liquide ainsi gazéifié est recueilli dans une chambre séparée en circulant à plusieurs reprises entre celle-ci et le dispositif jusqu'à être saturé. Cette circulation s'effectue en circuit fermé sous une pression relativement élevée et pendant un laps de temps limité. Le liquide saturé collecté dans la chambre en est alors déplacé par entrée de liquide à traiter sous basse pression. On utilise deux chambres de façon que la haute pression de circulation puisse etre maintenue en continu bien qu'elle ne soit appliquée que de manière intermittente tantot à l'une, tantôt à l'autre de ces deux chambres.Pour éviter les phénomènes d'effervescence, conformément au second brevet 4 087 262 ci-dessus l'on introduit dans chaque chambre un diluant tel que du liquide non traite, quand la haute pression cesse de régner dans celle-ci.

Du fait de l'utilisation d'un dispositif de transfert séparé en association avec les deux chambres precitées, à la façon décrite dans les brevets americains ci-dessus, il apparaÎt des pertes de charge résultant des canalisations de liaison nécessaires. En outre cette façon de procéder entraÎne un coût d'installation consldbrable. Un but important vise par la présente invention consiste donc à realiser un système perfectionné de transfert de gaz qui permette d'abaisser le prix de l'appareillage et de réduire les pertes de charges inhérentes à ceux décrits dans lesdits brevets.

Conformément à l'invention l'on utilise la même chambre étanche à la pression pour injecter le gaz, gazéifier le liquide jusqu'a saturation et diluer si nécessaire le liquide ainsi gazéifié en vue d'éviter ltefferw vescence. On élimine ainsi un gazéificateur séparé et coûteux en meme temps qu'on reduit les besoins en énergie. On realise en outre un système plus efficace du fait de la diminution de la longueur des tuyauteries et de la réduction qui en résulte pour les pertes de charge.

Comme dans le cas des systemes décrits dans les brevets précités, la présente invention peut se mettre en oeuvre moyennant utilisation de deux chanbres étanches à la pression, reliées à une canalisation dans laquelle un liquide stécoule sous une pression relativement basse, ce qui permet de collecter une quantité prédéterminée de ce liquide dans chaque chambre et ensuite de la déplacer de celle-ci sous l'effet de la basse pression précitée. La saturation du liquide s'effectue dans chacune des chambres par circulation répétée du gaz sous haute pression pendant un laps de temps limité. Comme suivant l'invention le transfert du gaz se réalise à chaque fois dans la même chambre, on évite tout gazeificateur séparé. La dilution du liquide sature pour éviter l'effervescence s'effectue également dans la même chambre.A cet effet on décompresse chaque chambre en ouvrant une vanne de sortie commande de façon sélective et qui intervient pour réaliser le déplacement du liquide hors de la chambre considérée sous l'effet de l'entrée du liquide à traiter sous basse pression. Après la fermeture de cette vanne la chambre est pressurisée et elle est reliée à travers un autre dispositif de vanne à un circuit fermé propre à réaliser la circulation répétee sous la haute pression.

Pour permettre d'injecter efficacement le gaz dans le liquide un réservoir de surcharge est inséré dans le circuit fermé entre la pompe haute pression de circulation et la chambre. Pendant la phase de circulation de chaque cycle une certaine quantité de liquide est déplacée par le gaz comprimé vers le réservoir précité. Ce dernier permet au gaz qui se trouve à l'état libre de se séparer du liquide en vue de se recycler avec le gaz additionnel provenant de la source correspondante pour remplacer celui absorbé par le liquide à l'intérieur de la chambre. Cette phase de circulation du cycle opératoire se termine avant que la chambre ne soit décompressée, cela afin de permettre échange gaz-liquide libre entre le réservoir de surcharge et la chambre, le liquide du premier redescendant dans la seconde.Des que tout le gaz en exces dans la chambre a été évacué et remplace par du liquide au cours de ce processus d'échange, l'etat de choses correspondant est décelé par un détecteur approprié et la chambre est alors décompressée par ouverture de la vanne de sortie, ce qui provoque le déplacement du liquide gazéifié sous l'effet de la basse pression du liquide à traiter. En même temps le circuit fermé de circulation est commute de la chambre qui vient d'être décompressée vers l'autre, laquelle est simultanément soumise à une phase de gazéification sous la haute pression de circulation du liquide. En réponse à la décompression de chaque chambre en vue de commencer une phase opératoire de déplacement sous basse pression, un diluant est introduit dans la chambre intéressée afin d'éviter l'effervescence.

Le dessin annexé, donné à titre d'exemple, permettra de mieux comprendre l'invention, les caractéristiques qu'elle présente et les avantages qu'elle est susceptible de procurer
Fig. 1 montre schématiquement les circuits des fluides liquide et gazeux dans un système suivant l'invention.

Fig. 2 montre sous forme simplifiée les circuits électriques de commande associés au système de fig. 1.

Fig. 3 est un graphique représentant les caractéristiques opératoires des vannes et de la pompe de ce système.

Si l'on se réfère au détail du dessin, fig. 1 représente un système de transfert de gaz désigné par la référence générale 10. Ce système est basé sur l'utilisation de deux chambres 12 et 14 de forme allongée dans le sens vertical, et qui délimitent des espaces fermés de façon étanche à l'intérieur desquels se déroulent toutes les phases opératoires du système, savoir l'injection de gaz à partir d'une source 16 dans une masse de liquide 18 convenablement recueillie dans la chambre 12 ou 14 considérée, la gazéification de ce liquide, puis la dilution du liquide gazéifié à l'aide de diluant provenant d'une source 20. Un liquide tel que l'eau peut ainsi être gazéifié par- de l'oxygène fourni par la source 16, grâce au système suivant l'invention dans lequel il est introduit par une canalisation d'entrée 22 sous une pression relativement faible.Le liquide gazéifié est débité par le système à travers une canalisation de sortie 24.

Le liquide à traiter est amené à chacun des espaces étanches à la pression que délimitent les chambres 12, 14 et il est déplacé de celles-ci par un dispositif de commande d'écoulement comprenant deux vannes ou clapets unidirectionnels 26, 28 qui relient respectivement la canalisation d'entrée 22 aux extrémités inférieures des chambres précitées. Les extrémités supérieures de celles-ci sont respectivement reliées par des canalisations 30, 32 à la canalisation de sortie 24 à travers une vanne correspondante 34 commandée de façon sélective. A la position de cette vanne représentée en fig. 1, c'est la chambre 14 qui est reliée à la conduite 24 et qui est par conséquent décompressée de sorte que le liquide 18 qui s'y trouve peut être déplacé par entrée de liquide à traiter à travers le clapet unidirectionnel 28. Au contraire comme la sortie de la chambre 12 est alors bloquée par la vanne de sortie 34, cette chambre va être pressurisée et toute entrée de liquide à son intérieur sera arrêtée par le clapet 26 correspondant.

La source de gaz comprimé 16 est reliée au système à travers un circuit fermé désigné par la référence générale 36. Ce circuit comprend un réservoir de surcharge 38 et une pompe de circulation haute pression 40. Il lui est en outre associé une vanne d'échange gaz-liquide 42 qui relie le réservoir 38 aux chambres 12, 14-, ainsi qu'une vanne d'injection de gaz 44 qui relie de son côté la sortie de la pompe 40 à ces chambres au voisinage de leurs extrémités inférieures. Le diluant provenant de la source 20 est amené à chacune des chambres à travers des clapets unidirectionnels 46, 48 et il y est injecté par des lumières 50 convenablement réparties, à la façon exposée dans le brevet américain 4 087 262 cité plus haut.

A la position de la vanne d'injection 44 représentée en fig. 1, le gaz sous pression est refoulé par la pompe 40 du réservoir de surcharge 38 vers la chambre 12 à travers la canalisation 52 pour réaliser la gazéification du liquide dans cette chambre. L'autre canalisation de sortie 54 de la vanne d'injection de gaz 44, et qui aboutit à la chambre 14, est bloquée de sorte que l'écoulement de circulation est limité à la chambre 12, laquelle est pressurisée par suite de la fermeture de la canalisation de sortie 30 par la vanne 34. L'échange gaz-liquide entre chaque chambre 12 ou 14 et le réservoir de surcharge 38 est commandé par la vanne 42.A la position de celle-ci représentée en fig. 1 cet échange s'effectue entre le réservoir et la chambre 12, tout écoulement entre celui-ci et la chambre 14 étant bloqué. I1 en résulte que le liquide déplacé de la chambre 12 par la pression du gaz injecté peut pénétrer dans le réservoir à l'intérieur duquel le gaz se trouvant à l'état libre se sépare du liquide sous la forme de bulles pour arriver dans l'espace supérieur 56 du réservoir. Ce gaz est aspiré de l'espace 56 par la pompe 40 à travers la canalisation 58, tandis que le gaz destiné à remplacer celui absorbé par le liquide est fourni par la source 16 par l'intermédiaire de la canalisation 60. Pendant la phase de gazéification des bulles de gaz accumulent dans la chambre 12.A la fin de cette phase il s'effectue un échange entre l'excès de gaz représenté par les bulles et le liquide retenu dans le réservoir de surcharge. La fin du cycle de gazéification est ainsi décelée par le détecteur de gaz 64 ou 66 relié au sommet de la chambre 12 ou 14 intéressée. Ces détecteurs peuvent donc commander le fonctionnement du système en vue d'obtenir le degré désiré de gazéification ou saturation du liquide.

Fig. 2 montre à titre d'exemple un dispositif de commande simplifié englobant les détecteurs 64 et 66, et qui agit pour assurer l'actionnement simultané des vannes 34, 42 et 44 par le moyen d'électro-aimants 68.

Chacune des vannes 34, 42 et 44 représentées comporte deux positions de fonctionnement entre lesquelles elle est déplacée par l'électro-aimant 68 qui lui est associé. L'excitation de celui-ci fait passer la vanne de sa première position à la seconde à laquelle elle demeure jusqu a ce que le courant soit interrompu. A ce moment elle revient à la première sous l'effet d'un ressort approprié. Dans le dispositif représenté les vannes sont commandées en réponse à l'excitation des électro-aimants 68 par la fermeture d'un interrupteur 70 quand le détecteur 64 décèle la fin d'une phase de gazéification dans la chambre 12. En même temps le fonctionnement de la pompe 40 est déclenché par un circuit de commande à temps 72 qui alimente le moteur 74 de celle-ci.La pompe 40 fonctionne ainsi pendant un laps de temps limité, mais suffisant pour assurer la saturation du liquide par le gaz à l'intérieur de la chambre 14 à laquelle elle est reliée par la vanne 44 alors actionnée. Le fonctionnement de la pompe est arrêté par coupure de l'alimentation du moteur 74 avant la fin de la phase de gazéification de la chambre 14 afin de permettre un échange gaz-liquide libre entre le réservoir de surcharge 38 et celle-ci pendant un court intervalle de temps. Au cours de ce dernier le liquide redescend du réservoir dans la chambre 14 en déplaçant et remplaçant l'excès de gaz qui se trouvait dans celle-ci. La fin de la phase de gazéification de la chambre 14 est décelée par le détecteur 66 pour ouvrir l'interrupteur 71 qui lui est associé, comme montré fig. 2.Cette ouverture coupe les électro-aimants 68 en provoquant ainsi le retour de toutes les vannes à la position représentée en fig. 1. En même temps le signal de circuit ouvert agit à travers le circuit à temps 72 pour déclencher le fonctionnement de la pompe 40 en vue de la gazéification subséquente du liquide dans la chambre 12.

La relation entre le fonctionnement de la pompe et l'actionnement des vannes a été représentée graphiquement en fig. 3 dans laquelle la courbe 76 montre l'excitation des électro-aimants 68 de commande des vannes pendant une moitié de chaque cycle opératoire complet (c'est-à- dire pendant un demi-cycle sur deux). Le moteur de la pompe est alimenté pendant chacun des deux demi-cycles, comme indiqué par la courbe 78.

Toutefois le temps d'alimentation du moteur est inférieur à la durée du demi-cycle considéré de façon à ménager un court intervalle 80 au cours duquel s'effectue l'échange gaz-liquide libre entre le réservoir de surcharge et la chambre à laquelle il est relié. Chaque demi-cycle débute par le passage simultané des vannes 34, 42 et 44 d'une position à l'autre en vue de commuter les liaisons entre d'une part les chambres 12 et 14, d'autre part le réservoir 38 et la pompe 40.

Pour résumer le fonctionnement des vannes, à la position de celles-ci représentée en fig. 1 le liquide à traiter est amené à travers le clapet 28 pour déplacer de la chambre 14 celui qui vient d'y être gazéifié et qui s'écoule alors par la vanne 34 vers la canalisation de sortie 24. Au cours de cette même phase, du liquide est en cours de gazéification à l'intérieur de la chambre 12 par injection de gaz à partir de la pompe 40 sous une pression relativement élevée à travers la canalisation 52. La chambre 12 communique alors avec le réservoir de surcharge 38 par la vanne 42 de sorte qu'une fraction du liquide de cette chambre est déplacée vers le réservoir par la pression du gaz.Avant la fin du demi-cycle considéré, le fonctionnement de la pompe 40 s'arrête sous l'effet du circuit de commande à temps 72, de sorte que le liquide du réservoir 38 peut revenir dans la chambre 12, l'excès de gaz dans celle-ci s'élevant sous forme de bulles à travers le liquide résiduel renfermé par le réservoir. Dès que cet excès s'est évacué de la chambre 12, cet état de choses est décelé par le détecteur 64 pour déclencher le demi-cycle suivant. Ce détecteur ferme l'interrupteur 70 de fig. 2 pour exciter les électro-aimants 68 d'actionnement des vannes 34, 42 et 44 qui sont donc amenées à leur autre position.La chambre 12 est alors décompressée par liaison avec la sortie 24 à travers la canalisation 30 et la vanne 34, ce qui a pour résultat que le liquide à traiter arrivant par le clapet unidirectionnel 26 chasse de cette chambre le liquide qui ya été gazéifié.

En même temps le moteur 74 de la pompe 40 est remis en marche à travers le circuit de commande à temps 72 et la pompe 40 fonctionne à nouveau pour commencer une nouvelle phase de gazéification intéressant cette fois la chambre 14. La phase en question se réalise à l'intérieur de la chambre 14 de la même maniera que celle décrite pour la chambre 12.

Pendant que le liquide est en cours de gazéification dans la chambre 14, celui de la chambre 12 est chassé de celle-ci par l'arrivée de liquide à traiter provenant de la canalisation 22. Le débit de ce dernier est réglé de manière à ce que l'évacuation du liquide gazéifié de la chambre 12 soit terminé avant la fin de la phase de gazéification dans la chambre 14. Le fonctionnement de la pompe est arrêté par l'effet du circuit 72, comme expliqué plus haut, pour permettre l'échange gaz-liquide entre la chambre 14 et le réservoir de surcharge 28 jusqu'à ce que la fin du demi-cycle en cours soit décelée par le détecteur 66. Celui-ci coupe alors les électro-aimants 68 en ouvrant l'interrupteur 71 qui leur est associé, de façon à déclencher un nouveau cycle par retour de toutes les vannes à la position de fig. 1. Les clapets unidirectionnels 46 et 48 repondent à la décompression des chambres respectives 12 et 14 pour amener à celles-ci un courant de diluant à partir de la source 20 en vue d'éviter les phénomènes d'effervescence.

Il doit d'ailleurs être entendu que la description qui précède n'a été donnée qu'à titre d'exemple et qu'elle ne limite nullement le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les détails d'exécution décrits par tous autres équivalents.

Claims (10)

- REVENDICAgIONS

1. Procédé pour transférer un gaz sous une première pression à un liquide s'écoulant sous une seconde pression différente de la première, ou inversement, du genre qui consiste à recueillir une quantité prédéterminée du liquide dans un espace étanche à la pression en vue du transfert, puis à faire circuler le gaz dans cet espace sous la première pression pendant une durée limitée pour réaliser le transfert recherché, caractérisé par la combinaison des phases opératoires suivantes dont certaines au moins sont connues soit à l'état isolé, soit dans des combinaisons différentes de celle ci-après ::

- on maintient l'espace (12) sous la première pression pendant un court intervalle de temps après la fin de la circulation de gaz

- on replace le gaz libre éventuel se trouvant dans ledit espace (12) par du liquide pendant le court intervalle de temps précité ;

- on amène l'espace (12) précité à la seconde pression

- et l'on déplace le liquide traité de cet espace sous cette seconde pression.

2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la phase de remplacement du gaz libre par du liquide consiste à amener le liquide déplacé par le gaz sous la première pression de l'espace étanche (12) à un réservoir de surcharge (38), puis à évacuer le liquide de ce réservoir (38) pour le ramener dans ledit espace pendant le court intervalle de temps précité.

3. Appareil pour la mise en oeuvre du procédé suivant lt- une quelconque des revendications I et 2, caractérisé en ce qu'il comprend en combinaison les éléments suivants dont certains au moins sont connus soit à l'état isolé, soit dans des combinaisons différentes de celle ci-après

- une canalisation (22) à travers laquelle le liquide est recueilli 3

- des moyens de commande d'écoulement reliant l'es- pace étanche à la pression (12) à cette canalisation (22) pour déplacer le liquide recueilli à partir dudit espace (12) sous la seconde pression pendant des intervalles de temps espacés les uns des autres

- un dispositif de pompe (36) pour déterminer l'écoulement du gaz sous la première pression

- des moyens de circulation (44) reliant le dispositif de pompe (36) à l'espace étanche à la pression (12) en vue de réaliser la circulation entre les intervalles de temps précités

- et des moyens d'échange gaz-liquide (42) reliés aux moyens de circulation (44) pour remplacer le gaz à l1état libre par du liquide dans le réservoir de surcharge (38) avant que le liquide recueilli ne soit déplacé à partir dudit espace (12) sous la seconde pression.

4. Appareil suivant la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens d'échange (42) comprennent outre le réservoir de surcharge (38) dans lequel le gaz libre s 1amasse, un dispositif de vanne (42) reliant ce réservoir (38) à l'espace étanche (12) pour faire passer le gaz et le liquide en sens inverse jusqu'à ce que le gaz a l'état libre soit entièrement remplacé par du liquide dans ledit espace (12), et des moyens détecteurs (64) reliés à cet espace 2) pour y déceler l'absence de tout gaz libre.

5. Appareil pour la mise en oeuvre du procédé suivant 1'une quelconque des revendications 1 et 2 caractérisé en ce qu'il comprend en combinaison les éléments suivants dont certains au moins sont connus soit à l'état isolé, soit dans des combinaisons différentes de celle ci-après

- une source de gaz compressible

- le liquide recueilli dans l'espace étanche (12) étant saturé de gaz sous la première pression et remplissant complètement ledit espace (12) avant d'en être déplacé sous la seconde pression

- un circuit fermé reliant le dispositif de pompe (36) au réservoir de surcharge (38) pour constituer les moyens de circulation

- et des moyens (72) pour limiter la circulation du gaz aux périodes qui séparent les intervalles de temps précités.

6. Appareil suivant la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens d'échange (42) comprennent le réservoir de surcharge (38) interpose entre la source de gaz compressible (16) et le dispositif de pompe (36), ainsi qu'un dispositif de vanne de commande (42) qui relie l'espace étanche (12) audit réservoir (38) et au dispositif de pompe (36) pour trans férer l'excès de gaz à partir dudit espace (12) en remplacement du liquide provenant de ce réservoir (38).

7. Appareil suivant la revendication 6, caractérisé en ce que les moyens de circulation comprennent des moyens détecteurs (64) reliés audit espace étanche (12) pour déclencher le fonctionnement du dispositif de pompe (36) en réponse à la fin du transfert de l'excès de gaz de l'espace étanche (12) au réservoir de surcharge (38), et un dispositif à temps (72) pour arr8ter le fonctionnement du dispositif de pompe (36) avant le déplacement du liquide saturé à partir dudit espace (12), en vue de permettre l'échange gaz-liquide non forcé entre le réservoir de surcharge (38) et l'espace (12) précité dans lequel le gaz est transféré.

8. Appareil suivant la revendication 7, caractérisé en ce que 3'espace étanche (12) comprend une seconde partie (14) reliée aux moyens de commande d'écoulement, tandis que le circuit fermé de circulation du gaz fait passer celui-ci dans cette seconde partie (14) en mtme temps que le liquide saturé est déplacé de la première (12), le déplacement du liquide saturé à partir de la première partie (12) s'effectuant inversement pendant la circulation du gaz dans la seconde (14).

9. Appareil suivant la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens de commande dtécoulement comprennent une vanne unidirectionnelle (26) propre à amener le liquide de la canalisation dans l'espace étanche à la pression (12) quand celuici est décompressé, ainsi que des moyens de sortie (34) commandés de façon sélective pour évacuer le liquide saturé de gaz à partir de cet espace (12) en provoquant la décompression de celui-ci.

10. Appareil pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comprend en combinaison les éléments suivants dont certains au moins sont connus soit à l'état isolé, soit dans des combinaisons différentes de celle ci-après

- une canalisation (22) renfermant un liquide sous la seconde pression

- un espace (12) étanche à la pression dans lequel s'effectue le transfert du gaz par rapport au liquide

- des moyens de commande d'écoulement (26) associés à cet espace (12) pour le relier à la canalisation (22) en vue de déplacer le liquide de celui-ci sous la seconde pression

- un dispositif de pompe (36) propre à provoquer l'écoulement du gaz seul par rapport audit espace (12) sous la première pression

- un circuit fermé reliant la pompe (36) à l'espace (12) précité pour assurer la circulation du gaz dans celui-ci sous la première pression

- des moyens de commande de fonctionnement (44) reliés au circuit fermé pour effectuer alternativement le transfert du gaz au liquide sous la première pression à l'inv térieur dudit espace (12) et le déplacement de ce liquide sous la seconde pressi#on à partir de cet espace (12)

- et des moyens pour limiter le fonctionnement du dispositif de pompe (36) en vue d'arrêter la circulation du gaz pendant le court intervalle de temps précité avant que ne s'opère le déplacement du liquide à partir de l'espace étanche (12).