WO2013024223A1 - Procédé de stockage par chimisorption d'un gaz sur un matériau poreux comprenant du graphite expansé - Google Patents

Procédé de stockage par chimisorption d'un gaz sur un matériau poreux comprenant du graphite expansé Download PDF

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WO2013024223A1
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reactive
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reactive product
reaction
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Francis Kindbeiter
Laurent Rigaud
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
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    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/32—Hydrogen storage

Definitions

  • the present invention relates to a method and a solid phase storage device of a gas normally stored in liquid phase, for its distribution in gaseous phase.
  • a first drawback is the instability of the stored liquid phase, which forces the user to take a certain number of precautions, particularly when it comes to their transport.
  • a second drawback relates to the fact that, on the one hand, the volume of the liquefied gas increases with temperature, and that, on the other hand, the pressure in the storage tanks is high and also increases with the temperature, although that the reservoirs which contain them must integrate these different factors, thus compelling the designer to give them a much greater thickness than they would have if they were to contain the gas under its single gaseous phase.
  • thermochemical cold production systems in which a reactor is placed in controlled communication with a reservoir containing a gas in liquid phase.
  • the liquid gas contained in the reservoir vaporizes, which absorbs a certain quantity of heat, so that the reservoir cools, and this gas is absorbed by the reactive product, thereby generating an exothermic chemical reaction, so that the reactor is the source of a release of heat.
  • the reaction is complete, if the product contained in the reactor is heated, the gas which has been absorbed by the reactive product is released and this gas is then condensed in the tank.
  • Such devices are used in certain cold production systems, particularly when it is desired to have autonomy of operation with respect to a power source.
  • the present invention proposes to use the reactor of such a device as a storage tank for a gas in order to store it in solid form. Indeed, it has been found that when all of the gas phase gas has reacted with the reactive product, a reaction product which forms a solid compound results.
  • thermochemical reaction in the case of a reactive product consisting of manganese chloride and a gas consisting of ammonia, this thermochemical reaction is as follows:
  • the object of the present invention is to propose a method for performing the solid phase storage of gas initially in the gaseous phase so as to allow their transport without the need for the user to take special precautions, while ensuring the distribution of this gas under gaseous phase.
  • the subject of the present invention is therefore a method for storing a gas under a solid phase for gas-phase distribution, characterized in that it consists in introducing the gas in the gas phase into a storage tank containing a reactive mixture.
  • a reactive mixture whose bulk density is between 40 kg / m 3 and 60 kg / m 3 and preferably of the order of 50 kg / m 3 , and which is composed of a reactive product and expanded natural graphite, this reactive mixture and the gas being such that, when they are brought into contact with each other, the reactive product and the gas are subjected to a thermochemical reaction having the effect of the absorption of the gas by the reactive product and the production of a solid reaction product and, conversely, they are the subject of a reverse thermochemical reaction of desorption of the gas absorbed by the reactive product under the effect of a heating applied thereto when he has absorbed gas.
  • the reactive mixture will preferably be in the form of a block. It is known that in order for the totality of the reactive product to be able to react with the gas, it is imperative that the latter be able to circulate easily and freely with the gas. inside the "mass" of the reagent product. Therefore, it has been proposed in cold production techniques that use this same type of thermochemical reaction, to use a matrix binder that makes it possible to increase the permeability of the reactive product. This matrix binder will also have a good thermal conductivity which will allow it to evacuate to the outside the heat produced by the thermochemical reaction under penalty of blocking it before it is complete.
  • the reactive mixture which consists of the reactive product and the matrix binder will have in particular a mass proportion of reactive product of between 85 and 96% and preferably of the order of 94%.
  • the gas to be stored will be in liquid phase, and the latter will undergo a vaporization step before its introduction into the storage tank.
  • the gas may preferably consist of ammonia, methylamine or hydrogen and the reactive product may in particular be composed of alkaline salts, alkaline earth salts, metal salts or a mixture thereof. It will thus be possible to use, in particular, manganese chloride, calcium chloride, barium chloride, or a mixture of these.
  • the subject of the present invention is also a solid phase storage device for a gas with a view to its gas phase distribution, characterized in that it comprises a storage tank containing a reactive mixture composed of expanded natural graphite and of a reactive product whose bulk density is between 40 kg / m 3 and 60 kg / m 3 and preferably of the order of 50 kg / m 3 , this reactive mixture and the gas being such that, when they are set in the presence of each other, the reactive product and the gas are subjected to a thermochemical reaction having the effect of the absorption of the gas by the reactive product and the production of a solid reaction product and, conversely, they are the subject of a desorption reaction of the gas absorbed by the reactive product under the effect of heating applied thereto when it has absorbed gas.
  • the present invention is particularly interesting in that the pressure in the storage tank is much lower than the saturation vapor pressure of the gas to be stored in other words at the pressure existing in a tank containing the same gas in liquefied form. It has thus been found that in a tank in which ammonia has been stored according to a process according to the invention, the storage pressure, at 45 ° C., is 7.3 ⁇ 10 5 Pa, whereas in a tank containing ammonia liquid at the same temperature, the pressure is 18.2.10 5 Pa.
  • the present invention makes it possible to greatly simplify the structure of the storage tanks, and reduce the thickness of the walls of the latter, which results in both a reduction in weight and costs particularly important.
  • the volume of the quantity of gas stored is almost independent of the storage temperature, which is particularly interesting when the gas storage tank is brought to be in conditions where the temperature is likely to vary in proportions important.
  • the storage tanks according to the present invention may have available a connector whose positioning will be completely free.
  • the present invention is particularly interesting in applications where it is necessary to store a gas, such as in particular ammonia, in a small volume in containers of low weight and volume.
  • a gas such as in particular ammonia
  • the present invention makes it possible to store the ammonia normally used in the exhaust gas depollution in solid phase and to deliver it under gas phase as and when required, and in a simple manner, activating the inverse thermochemical reaction by controlled heating of the reactor of the thermochemical system.
  • FIG. 1 is a diagrammatic view in diametral and longitudinal section of a storage tank according to the invention
  • FIG. 2 is a schematic view in partial diametrical and longitudinal section of a variant of implementation of a storage tank. according to the invention
  • FIG. 3 is a temperature pressure diagram representing the curves of the change of state of ammonia and of the decomposition of barium chloride used in a first filling mode of a storage tank,
  • FIG. 4 is a schematic representation of a filling installation
  • FIG. 5 is a temperature pressure diagram showing the curves of the change of state of ammonia and of the decomposition of barium chloride used in a second filling mode of a storage tank,
  • FIGS. 6 and 7 are diagrammatic views in diametral and longitudinal section of two alternative embodiments of a storage tank according to the invention.
  • the reactive product is premixed with a "matrix binder” consisting of expanded natural graphite (GNE), so as to form the reactive mixture.
  • GNE expanded natural graphite
  • the rate T of reactive product is of the order of 35 to 80%, that is to say that, by mass, the reaction mixture contains 35 to 80% of reactive product and 65 to 20% expanded natural graphite.
  • a reactive mixture is used in which the mass ratio of reactive product is between 85 and 96% and preferably of the order of 94%.
  • the bulk density of the reactive mixture composed of expanded natural graphite and of the reactive salt that is to say the volume comprising in addition to the actual volume of the reactive mixture that of inter-grain spaces, is itself between 40 and 60 kg / m 3 and is preferably of the order of 50 kg / m 3 .
  • FIGS. 1 and 2 show diagrammatically a storage tank 1 according to the invention which consists of an envelope 2 inside which a reactive mixture 3 has been arranged as defined above.
  • One of the ends of the storage tank 1 is pierced with an orifice 4 intended to receive a boss 6 of a diffuser 8.
  • the latter thus comprises a gas inlet / outlet pipe 10 which is connected to heating means. use, and which is extended by the boss 6 of larger diameter intended to take place in the orifice 4 and ensure the attachment of the diffuser, for example by a weld 12 on the casing 2.
  • the diffuser 8 extends to the interior of the storage tank 1, over the entire length of its casing 2, by a tubular portion 14 which is perforated so that its porosity is between 10 and 90%.
  • the primary function of the tubular portion 14 is to promote regular diffusion of the gas over the entire length and in the mass of the reactive mixture 3. It also has a second function which is to ensure the diffusion of the gas into the reaction mixture along a path radial. It has indeed been found that the permeability of the reactive mixture 3 is optimal in such a direction, insofar as it is perpendicular to the longitudinal direction of compaction xx '.
  • the diffuser 8 is covered with a cylindrical sleeve 16a, in particular stainless steel, whose mesh size is preferably of the order of ten micrometers. Possibly this assembly is itself slid into a second cylindrical sleeve 16b made of stainless steel mesh of greater porosity and whose mesh size is preferably of the order of one hundred micrometers.
  • the two sleeves 16a and 16b bear against the boss 6 at one of their ends and, at their other end, they come into contact with each other. with the bottom of the storage tank 1, so as to isolate the gas inlet / outlet of the reactive mixture 3 and prevent microparticles thereof from closing off the control elements of the system.
  • To fill the storage tank 1 may in particular proceed as described below.
  • Such a filling process makes it possible in particular to fill the reactive mixture with the gas to be stored as quickly as possible without at any moment the latter going into the liquid phase, otherwise the reactive product will dissolve and thus irreversibly deteriorate the latter. .
  • FIG. 3 shows a curve a which is representative of the change of state of the gas which it is desired to fill the storage tank 1, namely in this case ammonia, and a curve b. which is representative of the decomposition of the reactive product constituted in this case of barium chloride, as a function of temperature and pressure.
  • a filling temperature Tr equal to, for example, 22 ° C. is chosen and the segment AB between point A representing the saturation vapor pressure of the gas at this point is taken into consideration. temperature and the point B which represents the decomposition temperature of the barium chloride at this same temperature. On this segment AB is chosen a point C called the filling point. Depending on the choice of the latter we will be able to control the filling optimally according to the requirements imposed by the chosen application.
  • the filling time of the storage tank 1 is not essential, but on the other hand it is essential that no drop of liquefied gas can penetrate into it will choose a filling point C located for example in the median position between points A and B, as shown in FIG.
  • the storage tank 1 that is to be filled in a tank containing a thermostatically controlled bath at the temperature Tr of 22 ° C. is plunged, for example, and a container 22 containing the ammonia in another tank 24 containing a bath thermostated at the temperature Tg of 10 ° C. and the storage tank 1 and the container 22 are placed in communication via a line 26.
  • the temperature maintenance of the storage tank 1 and the container 22 containing ammonia can be carried out with other means than thermostatic baths and for example by means of heating or cooling collars.
  • FIG. 3 shows a curve d on which all the filling points C are in the middle position.
  • a second filling point C which corresponds to another filling temperature T'r, 25 ° C., was carried on the latter and a filling pressure P'r of 8.10 5 Pa was obtained for which the temperature of vaporization of ammonia T'g is equal to 15 ° C. Under these conditions, during storage, the storage tank 1 will be maintained at a temperature T'r of 25 ° C. and the container 22 containing the ammonia at a temperature T'g of 15 ° C.
  • the filling point C can be moved on the segment AB and the limits of this positioning can be such that AC and BC are ⁇ AB / 10.
  • Pr being the filling pressure of the storage tank 1
  • Pe being the equilibrium pressure of the reactive product at the filling temperature Tr
  • Ps being the saturating vapor pressure of the gas at the filling temperature Tr:
  • Pr Pe + a (Ps - Pe) with 0.1 ⁇ a ⁇ 0.9
  • a filling pressure Pr for example 5.10 5 Pa
  • a filling point C is chosen.
  • Tr being the filling temperature of the storage tank 1
  • Tg being the vaporization temperature of the gas at the filling pressure Pr
  • Te being the equilibrium temperature of the product reactive to the filling pressure Pr:
  • Tr Tg + ⁇ (Td - Tg) with ⁇ , ⁇ ⁇ ⁇ 0.9
  • the filling time of the storage tank 1 is not essential, but it is essential that no drop of liquefied gas can penetrate into it will be chosen a filling point C located for example in the middle position between points A and B.
  • a filling pressure Pr of 5.10 5 Pa the filling temperature Tr which the storage tank 1 will be maintained during the filling operation will be 20 ° C and the temperature Tg at which the container 22 containing the gas will be maintained will therefore be 4 ° C.
  • This heating may be performed for example by means of an electric heating sleeve 28 which will be disposed around the tank 1 as shown in FIG. 6.
  • a heating wire 30, preferably made of stainless steel, can be wound on the outer sleeve 16b of the diffuser and its electrical supply wires 30a and 30b pass through the boss 6 to go to an external power supply. represented on the drawing.
  • the storage tank 1 is provided with means allowing, during the inverse thermochemical reaction, to control its complete emptying.

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Abstract

Procédé de stockage sous phase solide d'un gaz en vue de sa distribution sous phase gazeuse, consistant à introduire le gaz en phase gazeuse dans un réservoir de stockage (1) contenant un mélange réactif dont la masse volumique apparente est comprise entre 40 kg/m3 et 60 kg/m3 et préférentiellement de l'ordre de 50 kg/m3, et qui est composé d'un produit réactif et de graphite naturel expansé, ce mélange réactif et le gaz étant tels que, lorsqu'ils sont mis en présence l'un de l'autre, le produit réactif et le gaz sont l'objet d'une réaction thermochimique ayant pour effet l'absorption du gaz par le produit réactif et la production d'un produit de réaction solide et, à l'inverse, ils sont l'objet d'une réaction thermochimique inverse de désorption du gaz absorbé par le produit réactif sous l'effet d'un chauffage appliqué à celui-ci lorsqu'il a absorbé du gaz.

Description

PROCEDE DE STOCKAGE PAR CHIMISORPTION D'UN GAZ SUR UN METÉRIAU POREUX COMPRENANT DU GRAPHITE EXPANSÉ
La présente invention concerne un procédé et un dispositif de stockage sous phase solide d'un gaz habituellement stocké sous phase liquide, en vue de sa distribution sous phase gazeuse.
On sait que pour assurer le stockage des gaz qui se trouvent habituellement sous phase gazeuse dans les conditions normales de température et de pression, notamment afin d'assurer leur transport, on réalise une compression de ces derniers afin de les faire passer sous phase liquide, si bien que la quantité de gaz stockée sous un même volume s'en trouve considérablement augmentée.
Cependant, le stockage sous phase liquide de ces gaz présente divers inconvénients.
Un premier inconvénient est l'instabilité de la phase liquide stockée, ce qui contraint l'utilisateur à prendre un certain nombre de précautions notamment lorsqu'il s'agit de leur transport.
Un second inconvénient est lié au fait que, d'une part, le volume du gaz liquéfié augmente avec la température, et que, d'autre part, la pression dans les réservoirs de stockage est élevée et augmente également avec la température, si bien que les réservoirs qui les contiennent doivent intégrer ces différents facteurs, contraignant ainsi le concepteur à leur donner une épaisseur bien supérieure à celle qu'ils auraient s'ils devaient contenir le gaz sous sa seule phase gazeuse.
Il existe par ailleurs, dans un autre domaine de la technique, des systèmes de production de froid par voie thermochimique dans lesquels un réacteur est mis en communication contrôlée avec un réservoir contenant un gaz sous phase liquide. Lorsque le réacteur et le réservoir sont mis en communication, le gaz liquide contenu dans le réservoir se vaporise, ce qui absorbe une certaine quantité de chaleur, si bien que le réservoir se refroidit, et ce gaz est absorbé par le produit réactif, générant ainsi une réaction chimique exothermique, si bien que le réacteur est la source d'un dégagement de chaleur. Une fois la réaction terminée, si l'on réchauffe le produit contenu dans le réacteur, on libère le gaz qui a été absorbé par le produit réactif et ce gaz se condense alors dans le réservoir. On utilise de tels dispositifs dans certains systèmes de production de froid, notamment lorsque l'on souhaite disposer d'une autonomie de fonctionnement à l'égard d'une source d'alimentation électrique.
La présente invention propose d'utiliser le réacteur d'un tel dispositif en tant que réservoir de stockage d'un gaz afin de l'y stocker sous forme solide. En effet, on a constaté que, lorsque la totalité du gaz sous phase gazeuse a réagi avec le produit réactif, il en résulte un produit de réaction qui forme un composé solide.
Ainsi par exemple, dans le cas d'un produit réactif constitué de chlorure de manganèse et d'un gaz constitué d'ammoniac, cette réaction thermochimique est la suivante :
Mn(NH3)2Cl2 + 4(NH3) -> Mn (N H3)6CI2 +5HR et le produit de réaction solide ainsi obtenu est un ammoniacate du chlorure de manganèse.
La présente invention a pour but de proposer un procédé permettant de réaliser le stockage sous phase solide de gaz initialement sous phase gazeuse de façon à permettre leur transport sans qu'il soit nécessaire à l'utilisateur de prendre des précautions particulières, tout en assurant la distribution de ce gaz sous phase gazeuse.
La présente invention a ainsi pour objet un procédé de stockage sous phase solide d'un gaz en vue de sa distribution sous phase gazeuse, caractérisé en ce qu'il consiste à introduire le gaz en phase gazeuse dans un réservoir de stockage contenant un mélange réactif dont la masse volumique apparente est comprise entre 40 kg/m3 et 60 kg/m3 et préférentiellement de l'ordre de 50 kg/m3 , et qui est composé d'un produit réactif et de graphite naturel expansé, ce mélange réactif et le gaz étant tels que, lorsqu'ils sont mis en présence l'un de l'autre, le produit réactif et le gaz sont l'objet d'une réaction thermochimique ayant pour effet l'absorption du gaz par le produit réactif et la production d'un produit de réaction solide et, à l'inverse, ils sont l'objet d'une réaction thermochimique inverse de désorption du gaz absorbé par le produit réactif sous l'effet d'un chauffage appliqué à celui-ci lorsqu'il a absorbé du gaz.
Suivant l'invention le mélange réactif se présentera préférentiellement sous la forme d'un bloc. On sait en effet que pour que la totalité du produit réactif soit en mesure de réagir avec le gaz il est impératif que ce dernier puisse circuler facilement et librement à l'intérieur de la « masse » du produit réactif. C'est pourquoi on a proposé dans les techniques de production de froid qui font appel à ce même type de réaction thermochimique, d'utiliser un liant matriciel qui permet d'augmenter la perméabilité du produit réactif. Ce liant matriciel aura par ailleurs une bonne conductivité thermique ce qui lui permettra d'évacuer vers l'extérieur la chaleur produite par la réaction thermochimique sous peine de bloquer celle-ci avant quelle ne soit complète.
Par ailleurs, le mélange réactif qui est constitué du produit réactif et du liant matriciel aura notamment une proportion en masse de produit réactif comprise entre 85 et 96% et préférentiellement de l'ordre de 94%.
Dans une variante de mise en oeuvre de l'invention le gaz à stocker se présentera sous phase liquide, et ce dernier subira une étape de vaporisation avant son introduction dans le réservoir de stockage.
Le gaz peut être préférentiellement constitué d'ammoniac, de méthylamine ou d'hydrogène et le produit réactif pourra être notamment constitué de sels alcalins, de sels alcalino-terreux, de sels métalliques ou d'un mélange de ceux-ci. On pourra ainsi faire appel notamment à du chlorure de manganèse, du chlorure de calcium, du chlorure de baryum, ou à un mélange de ces derniers.
La présente invention a également pour objet un dispositif de stockage sous phase solide d'un gaz en vue de sa distribution sous phase gazeuse, caractérisé en ce qu'il comporte un réservoir de stockage contenant un mélange réactif composé de graphite naturel expansé et d'un produit réactif dont la masse volumique apparente est comprise entre 40 kg/m3 et 60 kg/m3 et préférentiellement de l'ordre de 50 kg/m3, ce mélange réactif et le gaz étant tels que, lorsqu'ils sont mis en présence l'un de l'autre, le produit réactif et le gaz sont l'objet d'une réaction thermochimique ayant pour effet l'absorption du gaz par le produit réactif et la production d'un produit de réaction solide et, à l'inverse, ils sont l'objet d'une réaction de désorption du gaz absorbé par le produit réactif sous l'effet d'un chauffage appliqué à celui-ci lorsqu'il a absorbé du gaz.
La présente invention est particulièrement intéressante en ce que la pression dans le réservoir de stockage est très inférieure à la pression de vapeur saturante du gaz à stocker autrement dit à la pression existant dans un réservoir contenant le même gaz sous forme liquéfiée. On a ainsi constaté que dans un réservoir dans lequel on a stocké de l'ammoniac selon un procédé suivant l'invention, la pression de stockage, à 45°C, est de 7,3.105 Pa, alors que dans un réservoir contenant de l'ammoniac liquide à la même température, la pression est de 18,2.105 Pa.
On comprend dans ces conditions que la présente invention permet de simplifier dans de fortes proportions la structure des réservoirs de stockage, et de diminuer les épaisseurs des parois de ces derniers, ce qui se traduit à la fois par une diminution des poids et des coûts particulièrement importante.
De plus, le volume de la quantité de gaz stocké est quasiment indépendant de la température de stockage, ce qui est particulièrement intéressant lorsque le réservoir de stockage du gaz est amené à se trouver dans des conditions où la température est susceptible de varier dans des proportions importantes.
Par ailleurs le transport ne demande aucune précaution ni attention particulière ce qui, bien entendu, facilite grandement celui-ci.
Enfin, à l'inverse des réservoirs contenant des gaz liquides dans lesquels la connectique doit être distribuée en des zones bien précises du réservoir afin d'éviter la sortie du gaz en phase liquide, les réservoirs de stockage suivant la présente invention pourront disposer d'une connectique dont le positionnement sera totalement libre.
La présente invention est particulièrement intéressante dans les applications où il est nécessaire de stocker un gaz, tel que notamment de l'ammoniac, sous un volume restreint dans des conteneurs de faible poids et volume. Ainsi, dans le domaine automobile, la présente invention permet de stocker sous phase solide l'ammoniac habituellement utilisé dans la dépollution des gaz d'échappement et de le délivrer sous phase gazeuse au fur et à mesure des besoins, et de façon simple, en activant la réaction thermochimique inverse par un chauffage contrôlé du réacteur du système thermochimique.
On décrira ci-après, à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de la présente invention, en référence au dessin annexé sur lequel : la figure 1 est une vue schématique en coupe diamétrale et longitudinale d'un réservoir de stockage suivant l'invention, la figure 2 est une vue schématique en coupe diamétrale et longitudinale partielle d'une variante de mise en œuvre d'un réservoir de stockage suivant l'invention,
la figure 3 est un diagramme pression température représentant les courbes du changement d'état de l'ammoniac et de décomposition du chlorure de baryum utilisées dans un premier mode de remplissage d'un réservoir de stockage,
- la figure 4 est une représentation schématique d'une installation de remplissage,
la figure 5 est un diagramme pression température représentant les courbes du changement d'état de l'ammoniac et de décomposition du chlorure de baryum utilisées dans un second mode de remplissage d'un réservoir de stockage,
les figures 6 et 7 sont des vues schématiques en coupe diamétrale et longitudinale de deux variantes de mise en œuvre d'un réservoir de stockage suivant l'invention,
Dans le présent exemple de mise en œuvre de l'invention on souhaite stocker du gaz ammoniac dans un réservoir.
Pour ce faire on dispose tout d'abord dans ce réservoir de stockage un produit réactif, en l'espèce du chlorure de baryum, en mesure de réagir avec l'ammoniac et de produire un produit de réaction solide suivant la réaction :
BaCI2 + 8(NH3) -> BaCI2(NH3)8 + 5HR
Le produit réactif est préalablement mélangé avec un "liant matriciel" constitué en l'espèce de graphite naturel expansé (GNE), de façon à constituer le mélange réactif.
Les essais menés par la déposante on conduit à établir que pour obtenir une quantité de gaz qui soit optimale par rapport au volume de stockage, le taux de produit réactif dans le mélange réactif devait être très supérieur à celui utilisé dans les dispositifs de production de froid.
Ainsi, dans ces derniers, le taux T de produit réactif est de l'ordre de 35 à 80% c'est-à-dire que, en masse, le mélange réactif contient 35 à 80% de produit réactif et 65 à 20% de graphite naturel expansé.
Suivant l'invention on utilise un mélange réactif dans lequel le taux en masse de produit réactif est compris entre 85 et 96% et préférentiellement de l'ordre de 94%. La masse volumique apparente du mélange réactif composé du graphite naturel expansé et du sel réactif, c'est-à-dire le volume comprenant en plus du volume réel du mélange réactif celui des espaces inter-grains, est lui-même compris entre 40 et 60 kg/m3 et est préférentiellement de l'ordre de 50 kg/m3.
Dans de telles conditions on a été en mesure de stocker une quantité de l'ordre de 600g d'ammoniac dans un volume de un litre de mélange réactif.
On a représenté de façon schématique sur les figures 1 et 2 un réservoir de stockage 1 suivant l'invention qui est constitué d'une enveloppe 2 à l'intérieur de laquelle on a disposé un mélange réactif 3 ainsi que défini précédemment.
L'une des extrémités du réservoir de stockage 1 est percée d'un orifice 4 destiné à recevoir un bossage 6 d'un diffuseur 8. Ce dernier comporte ainsi une tubulure d'entrée/sortie de gaz 10 qui est reliée à des moyens d'utilisation, et qui se prolonge par le bossage 6 de plus grand diamètre destiné à prendre place dans l'orifice 4 et à assurer la fixation du diffuseur, par exemple par une soudure 12 sur l'enveloppe 2. Le diffuseur 8 se prolonge à l'intérieur du réservoir de stockage 1, sur toute la longueur de son enveloppe 2, par une partie tubulaire 14 qui est perforée de façon que sa porosité soit comprise entre 10 et 90%.
La partie tubulaire 14 a pour première fonction de favoriser une diffusion régulière du gaz sur toute la longueur et dans la masse du mélange réactif 3. Elle a également une seconde fonction qui est d'assurer la diffusion du gaz dans le mélange réactif suivant un trajet radial. On a constaté en effet que la perméabilité du mélange réactif 3 était optimale dans une telle direction, dans la mesure où celle-ci est perpendiculaire à la direction longitudinale du compactage xx'.
Le diffuseur 8 est recouvert d'un manchon cylindrique 16a, notamment en acier inoxydable, dont la dimension des mailles est préférentiellement de l'ordre de la dizaine de micromètres. Eventuellement cet ensemble est lui-même glissé dans un second manchon cylindrique 16b réalisé en mailles d'acier inoxydable de plus grande porosité et dont les dimensions des mailles sont préférentiellement de l'ordre de la centaine de micromètres. Les deux manchons 16a et 16b viennent en appui contre le bossage 6 par l'une de leurs extrémités et, par leur autre extrémité, ils viennent en contact avec le fond du réservoir de stockage 1, de façon à isoler l'entrée/sortie de gaz du mélange réactif 3 et éviter que des microparticules de celui- ci ne viennent obturer les éléments de commande du système.
Pour réaliser le remplissage du réservoir de stockage 1 on peut notamment procéder ainsi que décrit ci-après. Un tel procédé de remplissage permet notamment de remplir le plus rapidement possible le mélange réactif avec le gaz à stocker sans qu'à aucun moment ce dernier ne passe en phase liquide sous peine de dissoudre le produit réactif et donc de détériorer ce dernier de façon irréversible.
On a représenté sur la figure 3 une courbe a qui est représentative du changement d'état du gaz dont on souhaite remplir le réservoir de stockage 1, à savoir en l'espèce de l'ammoniac, et une courbe b. qui est représentative de la décomposition du produit réactif constitué en l'espèce de chlorure de baryum, en fonction de la température et de la pression.
Dans ce mode de mise en œuvre de l'invention on choisit une température de remplissage Tr égale par exemple à 22°C et l'on prend en considération le segment AB compris entre le point A représentant la pression de vapeur saturante du gaz à cette température et le point B qui représente la température de décomposition du chlorure de baryum à cette même température. On choisit sur ce segment AB un point C dit point de remplissage. En fonction du choix de ce dernier on sera à même de contrôler le remplissage de façon optimale en fonction des nécessités imposées par l'application choisie.
Ainsi, plus le point de remplissage C est proche de la courbe a plus le remplissage du réservoir de stockage est rapide mais plus le risque d'admettre dans celui-ci des gouttes de gaz liquéfié est élevé.
Ainsi, si pour une application donnée, le temps de remplissage du réservoir de stockage 1 n'est pas primordial, mais par contre il est essentiel qu'aucune goutte de gaz liquéfié ne puisse pénétrer dans celui-ci on choisira un point de remplissage C situé par exemple en position médiane entre les points A et B, ainsi que représenté sur la figure 3.
Dans ces conditions on constate sur cette dernière que pour la température de remplissage Tr de 22°C et un point de fonctionnement C médian entre A et B, la pression est de 6.105 Pa, ce qui représente la pression de remplissage Pr. Pour l'ammoniac, à cette pression Pr, la température de vaporisation est de 10°C.
Dans ces conditions, suivant la présente invention, pour remplir d'ammoniac le réservoir de stockage 1, sans qu'à aucun moment au cours de cette opération de remplissage du gaz liquéfié ne pénètre dans celui-ci, on le porte et on le maintient à une température de remplissage Tr de 22°C et on porte et on maintient le récipient 2 contenant l'ammoniac à une température Tg de 10°C égale à sa température de vaporisation à la pression de remplissage Pr.
Pour ce faire, ainsi que représenté sur la figure 4, on plonge par exemple le réservoir de stockage 1 que l'on souhaite remplir dans une cuve 20 contenant un bain thermostaté à la température Tr de 22°C et on plonge un récipient 22 contenant l'ammoniac dans une autre cuve 24 contenant un bain thermostaté à la température Tg de 10°C et on met en communication, par une conduite 26 le réservoir de stockage 1 et le récipient 22.
Suivant l'invention le maintien en température du réservoir de stockage 1 et du récipient 22 contenant l'ammoniac peut être effectué avec d'autres moyens que des bains thermostatés et par exemple à l'aide de colliers chauffants ou refroidissants.
On peut définir des courbes respectives pour lesquelles tous les points de remplissage C se trouvent dans une position déterminée sur le segment AB et notamment au milieu de celui-ci.
On a représenté sur la figure 3 une courbe d sur laquelle tous les points de remplissage C sont en position médiane.
On a porté sur celle-ci un second point de remplissage C qui correspond à une autre température de remplissage T'r, 25°C et l'on obtient alors une pression de remplissage P'r de 8.105 Pa pour laquelle la température de vaporisation de l'ammoniac T'g est égale à 15°C. Dans ces conditions on maintiendra, pendant le remplissage, le réservoir de stockage 1 à une température T'r de 25°C et le récipient 22 contenant l'ammoniac à une température T'g de 15°C.
Ainsi que mentionné précédemment, et en fonction des applications, le point de remplissage C peut être déplacé sur le segment AB et les limites de ce positionnement peuvent être telles que AC et BC soient≥ AB/10. Dans ces conditions, Pr étant la pression de remplissage du réservoir de stockage 1, Pe étant la pression d'équilibre du produit réactif à la température de remplissage Tr, et Ps étant la pression de vapeur saturante du gaz à la température de remplissage Tr :
Pr = Pe + a ( Ps - Pe ) avec 0,1 < a < 0,9
Dans un autre mode de mise en oeuvre de la présente invention et ainsi que représenté sur la figure 5, on choisit une pression de remplissage Pr, par exemple de 5.105 Pa, et l'on considère le segment AB compris entre le point A représentant la température de vaporisation Tg du gaz (de 4°C) à cette pression et le point B représentant la température de décomposition Td du produit réactif (de 37°C) à cette même pression. On choisit sur ce segment AB un point de remplissage C. En fonction de la position du point C sur le segment AB on sera à même de contrôler le remplissage de façon optimale en fonction des contraintes propres à l'application choisie ainsi que dans le mode de mise en oeuvre précédent. On aura ainsi AC et BC≥ AB/10.
Dans ces conditions, Tr étant la température de remplissage du réservoir de stockage 1, Tg étant la température de vaporisation du gaz à la pression de remplissage Pr, Te étant la température d'équilibre du produit réactif à la pression de remplissage Pr:
Tr = Tg + β (Td - Tg) avec Ο,Κ β <0,9 Ainsi, si pour une application donnée, le temps de remplissage du réservoir de stockage 1 n'est pas primordial, mais par contre il est essentiel qu'aucune goutte de gaz liquéfié ne puisse pénétrer dans celui-ci on choisira un point de remplissage C situé par exemple en position médiane entre les points A et B. Dans ces conditions pour une pression de remplissage Pr de 5.105 Pa la température de remplissage Tr à laquelle on maintiendra le réservoir de stockage 1 pendant l'opération de remplissage sera de 20°C et la température Tg à laquelle on maintiendra le récipient 22 contenant le gaz sera dès lors de 4°C.
Par contre, si pour une autre application le temps de remplissage est primordial on choisira alors un point de fonctionnement C plus proche du point A avec le risque d'admettre quelques gouttes de gaz liquide dans le réservoir de stockage 1 au détriment bien entendu de la longévité du produit réactif. Dans ces conditions la température T'r à laquelle on maintiendra le réservoir de stockage 1 pendant le remplissage sera alors de 10°C. Le gaz stocké dans le réservoir 1 est ainsi disponible pour être utilisé dans toute application appropriée.
Lorsque l'on souhaite récupérer tout ou partie du gaz stocké dans le réservoir 1 on fait en sorte d'activer la réaction thermochimique inverse en chauffant le produit de réaction solide:
Mn(NH3)6Cl2 + 5HR<->Mn(NH3)2Cl2+4(NH3)
Ce chauffage pourra être effectué par exemple au moyen d'un manchon chauffant électrique 28 qui sera disposé autour du réservoir 1 ainsi que représenté sur la figure 6.
On pourra également, assurer le chauffage à l'aide de moyens qui sont intégrés au diffuseur. Ainsi, comme représenté sur la figure 7, un fil chauffant 30, préférentiellement en acier inoxydable, peut être enroulé sur le manchon externe 16b du diffuseur et ses fils 30a et 30b d'alimentation électrique traversent le bossage 6 pour aller vers une alimentation externe non représentée sur le dessin.
Dans une variante de mise en oeuvre de la présente invention le réservoir de stockage 1 est muni de moyens permettant, lors de la réaction thermochimique inverse, de contrôler son vidage complet.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de stockage sous phase solide d'un gaz en vue de sa distribution sous phase gazeuse, caractérisé en ce qu'il consiste à introduire le gaz en phase gazeuse dans un réservoir de stockage (1) contenant un mélange réactif dont la masse volumique apparente est comprise entre 40 kg/m3 et 60 kg/m3 et préférentiellement de l'ordre de 50 kg/m3 , et qui est composé d'un produit réactif et de graphite naturel expansé , ce mélange réactif et le gaz étant tels que, lorsqu'ils sont mis en présence l'un de l'autre, le produit réactif et le gaz sont l'objet d'une réaction thermochimique ayant pour effet l'absorption du gaz par le produit réactif et la production d'un produit de réaction solide et, à l'inverse, ils sont l'objet d'une réaction thermochimique inverse de désorption du gaz absorbé par le produit réactif sous l'effet d'un chauffage appliqué à celui-ci lorsqu'il a absorbé du gaz.
2. Procédé de stockage suivant la revendication 1 caractérisé en ce que l'on utilise un mélange réactif (3) dont la proportion en masse de produit réactif dans le mélange réactif est compris entre 85 et 96% et est préférentiellement de l'ordre de 94%.
3. Procédé de stockage suivant l'une des revendications 1 ou 2 dans lequel le gaz à stocker se présente sous phase liquide, caractérisé en ce que ce gaz liquéfié subit une étape de vaporisation avant son introduction dans le réservoir de stockage.
4. Dispositif de stockage sous phase solide d'un gaz en vue de sa distribution sous phase gazeuse, caractérisé en ce qu'il comporte un réservoir de stockage contenant un mélange réactif composé de graphite naturel expansé et d'un produit réactif dont la masse volumique apparente est comprise entre 40 kg/m3 et 60 kg/m3 et préférentiellement de l'ordre de 50 kg/m3., ce mélange réactif et le gaz étant tels que, lorsqu'ils sont mis en présence l'un de l'autre, le produit réactif et le gaz sont l'objet d'une réaction thermochimique ayant pour effet l'absorption du gaz par le produit réactif et la production d'un produit de réaction solide et, à l'inverse, ils sont l'objet d'une réaction de désorption du gaz absorbé par le produit réactif sous l'effet d'un chauffage appliqué à celui-ci lorsqu'il a absorbé du gaz.
5. Dispositif de stockage suivant la revendication 4 caractérisé en ce que la proportion en masse de produit réactif dans le mélange réactif est compris entre 85 et 96% et est préférentiellement de l'ordre de 94%.
6. Dispositif de stockage suivant l'une des revendications 4 ou 5 caractérisé en ce que le mélange réactif se présente sous la forme d'un bloc.
7. Dispositif de stockage suivant l'une des revendications 4 à 6 caractérisé en ce que le gaz est constitué d'ammoniac, et/ou de méthylamine et/ou d'hydrogène.
8. Dispositif de stockage suivant l'une des revendications 4 à 7 caractérisé en ce que le produit réactif est notamment constitué de sels alcalins, et/ou de sels alcalino-terreux, et/ou ou de sels métalliques.
9. Dispositif de stockage suivant la revendication 8 caractérisé en ce que le produit réactif est constitué de chlorure de manganèse et/ou de chlorure de baryum, et/ou de chlorure de calcium.
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