Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.
- ~2~3~
La présente invention concerne un dispositif perfectionné d'extraction de
l~anhydride carbor1ique C02 contenu dans un gaz ou un mélange ~e gaz.
Les dispositifs actuellement u-tilis~s pour la dé~arbonation des gaz, mett~nt
en oeuvre dif~érents procédés. En particulier, dan~ certains dispositifs, le
gaz à décarbonater traverse une cartouche filtrante remplie de chaux sodée
qui absorbe l~anhydride carbonique avec, dans un premier t~ ps, formation de
carbonate neutre de sodium, selon la réaction :
2 ~ 2 Na OH ~ Na2 Cû3 + H20
.
puis, dans un deuxième temps, migration dlune pa~-tie de l'anhydride carbonique
1 n de la soude sur l~hydroxyde ds calcium suivant la réaction de caustification ci-dessous :
"~
Na~Co3 ~ Ca (Otl)2 ~ Ca C03 + 2 Na OH
,, .
En pratique~ par cette dernière réaction, seule une certaine quantité de soude
est régénérée. Ainsi, les dispositifs antérieurs utilisant ce procéde de dé~
carbonatation ont une efficacité nettement inférieure à l~efficacite théori-
que ds la masse de chaux sodée utilisée. Il en résulte l'obligation, soit de
dimensionner plus laryemsnt ces dispositifs pour qu~ils contiennent une quan
tité de chaux sodée plus importante que celle déterminée théoriquement pour
j d~carbonater une certaine quantité de gaz ~ soit de remplacer fréquemment la
¦ 20 chaux sodée contenue dans ces dispositifs.
Ces inconvénients se traduisent, de toute façon, par un cont plus élevé de
l~bpération de décarbonatatian des gaz~
' :
L'objet essentiel de la pr~sente invention est de proposer un dispositif per-
fect;onné de décarbonatation de gaz, fonctionnant selon le principe indiqué
ci-dessus, c'est à dire utilisa~t de la chaux sodée, ce dispositif ayant des
performances notablement supérieures à celies des dispositifs antérieurement
connus.
Ainsi~ à performances égales, les dispositifs selon l1invention peuvent avoir
des dimensions très inférieures à celles des dispositifs antérieurs, ou né-
cessiter un remplacement moins fréquent de la chaux sodée, ce qui se traduit
par une diminution des frais d'entretien~
~f~
~Z653~
~e plus, pour une m8me quantité de chaux sodéf, le dispositif selon llinven-
tion permet une meilleure épuration des gaz 7 et a donc uns efficacité supé-
rieure ~ celle des dis~ositifs antérieu~s.
Llinvention pourra etre bien comprise et ses avantages appara~tront clairement
à la lecture de la description de modes de réalisation illustrés par les figu
res annexées, parmi lesquelles :
.: .
- La figure 1 représente un déca~bonateur selon l'art antérieur,
- La figure 2 illustre Ehém~tiquement le dispositif perfectionné selon
l'invention,
~, 10 - Les figures 2A et 2~ représente deux types d'éléments de transfert par
capillarité~ vus en perspective~
~, - La figure 3 montre,schématiquement, la migration de l'eau dans la chaux
sodée, à partir de ces éléments de transfert,
- La ~igure 4 illustre un autre mode de réalisation de l'invention~
.,
La figure 5 est une variante du mode de réalisation représenté sur la
figure 20
~`i` ' , .
¦~ Sur ces figures, les me~mes références ont été utilisées pour désigner les
¦ ~ msmes éléments.
!
La figure 1 représente, schématiquement et en coupe verticals~ un dispositif
ds décarbonatation des gaz selon l'art antérieur.
,
:
Ce clispDsiti~ comporte un corps-1 muni d'un orifice 2 pour l'introduc-tion
dss gaz contenant de l'anhydride carbonique, et un orifice 3 pour la récupé-
ration des gaz épurés
~ A l'intérieur du corps 1, entre les orifices 2 et 3, est placas uns "cartouche"
¦ filtrante 4 contenant de la chaux sodée sous forme de granulés. Il s'ensuit
i~ qus 1B gaz admis par l'orifice 2 traverse obligatoirement la cartouche fil-
trante 4 avant d'8tre évacué par l'orificq 3.
Lors du passage du gaz dans la cartouche filtrante, l'anhydride carbonique
` C2 Bs-t absorbéè suivant les réactions chimiques indiquées précédemment.On emploie généralement de la chaux sodée du commsrcs qui contisnt uns cer-
taine quantité d'qau représentant environ 16% du poids ds la chaux sodée.
.
.
Le passage du gaz à travers la cartouche filtrante assèche la chaux s~dée
d'autant plus rapidement que le débit du gaz traité est important.
Les auteurs de la présente invention ont cons-taté que la réduction de la
teneur en eau de la chaux sodée se traduit par une -très forte diminu-tion
du pouvoir d'absorption d'anhydride carbonique.
;` ' ' .
Il en resulte que les dispositifs antérieurement utilisés ont des perfor-
l mances considérablement limitées et présentent les inconvénients indiqués
`i plus haut.
:.............. . .
Ces inconvénients sont éliminés en utilisant un dispositif selon l'invention
;~( 10 qui comporte des moyens adaptés à compenser, au moins partiellemen-t, touts
réduction de la quantité d'eau contenue dana la chaux sodée.
i Le mDde préféré de réalisation de ltinvention est schéma-tiquement représenté
en coupe verticale sur la figure 2.
~'''1 , .
Dans ce mods de réalisation, le dispositif selon l'inventiGn comporte un
¦ r~servoir d'eau 1a place SOU5 le corps 1 du dispositif.
¦ Ce réservoir 1a peut 8tre distinct du corps 1 ou , comme représenté sur la
figure 2, peut e~tre constitué en prolongeant la partie inférieure du corps 1,
en dessous du niveau auquel se trouve placé l'orifice d'admission 2.
j Le transfert de l'eau, du réservoir 1a dans la cartouche filtrante 4, est
2U assur~ par un ou plusieurs éléments 5 ayant chacun une extremité immergée
dan9 l'eau du réservoir 1a, l'autre extrêmité pénètrant, à travers les orifi-
ces prévus 3 cet effet? dans la cartouchs filtrante, jusqu'à une hauteur h
au dessus du fond de la cartouche 4.
La partie des ~léments de transfert 5 pénètrant dans la cartouche -filtrante 4
; est en contact avec les granulés de chaux sodée contenus dans la cartouche
~iltrante.
Ces ~éléments 5 sont adaptés à assurer le transfsrt de l'eau par capillarité.
Dans ce out, il seront de pr~férence constitués par un agglomérat de fibres,
tsl que, par exemple,du feutre,etc~..ces éléments pourront avoir une forme
allongée avec une sur~ace extérieure sensiblement cylindrique (fig. 2A), ou
avoir une surface extérieure plane, ou encore e~trs constitués de facon tubu-
Iaire, etc
Le choix de la forme, des dimensions et des caractéristiques des éléments 5,
et leur disposition, seront effectués par le technicien, comme indiqué plus
loin.
~21~3~
Le ~onctionnemen-~ du disposi-ti-~ es-t simplP~
Par capillarité, les éléments 5 absorb~nt l'eau contenue dans le reservoir 1a.
Puis, la chaux sodée ~tant en contact avec les éléments 5, on observe une
migration de l'eau dans la chaux sodée située au voisinage des éléments 5~
Le gaz contenant de l'anhydride carbonique est introduit dans le dispositif
par l'crifice 2 et circule verticalemen-t, comme ltindiquent les flèches
(fig. 2), en tra~ersant la cartouche ~iltrants 4
Au contact de la chaux sodée, l'anhydride carbonique est absorbée.
Au niveau de l'oriFice 3, on recueille le gaz épuré dont la teneur en anhy-
dride carbonique est inférieure à un taux prédéterminé.
.~ ' .
Comme on l'a déj~ indiqué, le gaz a tendance à assècher la chaux sodée, maisle teneur en eau dans la chaux sodée est maintenue au dessus ~'une valeur
prédéterminée par les éléments 5.
Il faut noter que, lors de son passa-ge à travers la zone inférieure de la
cartouche 4 directement humidifiée par la présence des ~éments 5~ le gaz en-
tra~ne dan9 son mouvement une certaine qu~ntité d'eau qui vient humidifier la
partie supérieure de la cartouche 4.
'I .
De cette façon, la teneur en eau de la chaux sodée est sensiblement identique
1 0n tous points de la cartouche filtrante ~.
,1 ,
La détermination des caractéristiques dimensionnelles du dispositif est faite
par le technicien en fonction du cas d'utilisation prévu.
En g~néral~ on connait le débit Q de gaz à traiter ainsi que sa teneur t en
C02. On se fixe la différence de pression ~ P entre les orifices d'entrée et
de sortie~ et le taux t d'anhydride carbonique maximum admissible d~ ga~ re-
cueilli à l'orifice de sortie 3. On utilise de la chaux sndée sous forme de
granulés de dimensian connue.
~I Habituel}ement~ on emploie de la chaux sodée dont les gr3nulés ont des dimen-
sions comprises entre 3 et S mm~ que l'on peut se procurer facilement à un
faible prix dans le commerce, et dont le pouvoir absorbant K en anhydrids car-
bonique est indiqu: par le fabrican~
.: .
` ~0~:65~L
Un gramme de chaux sodée absnrbe environ au moins 250 mg d'anhydride car-
bonique C02.
~,
:
Connaissant le débit du gaz Q et la durée minirnum T de fonctionnement du
décarbonateur, on détermine la quantité M de chaux sodée à utiliser :
.:
Q. T. (t - t )
M = - - e _ s_
~ K
Il en résulte un volume V de la cartouche :
~ M
', V =
d
,
o~l M représente le poids de chaux sndée9 et d, la densité volumétrique de
la chaux sodée employée.
`l`
La différence de pression ~P entre les Drifices d'entrée 2 et de sortie 3
étant fix~e, on détermine expérimentalement la section S et la longeur L
i~ de la cartouche qui crée la perte de charge ~ P.
:i
,
Il reste alors au technicien à déterminer les dimensions et le positionnement
des éléments 5, comme on l'indique ci-après.
'
Expérimentalement~ on détermine la diminution de la quanti-té d'eau contenue
dans la chaux sodée et provoquée par le passage du gaz~ et l'on désigne par
Q , le débit d'eau entra~né par le débit Q du gaz.
. ~
On a constaté que la meilleurs efficacité du dispositif selon l'invention,
; était obtenue lorsque la teneur en eau de la chaux sodée était comprise entre
10 et 30%, et de préférence voisine de 16%.
Dans ces conditions~ il est facila de comprendre que les éléments 5 doivent
permettre l'introduction dans la cartouche d'une quantité dteau au moins éga_
le ~ la quantité d'eau éliminée par le passage du gaz puisque, comme indiqué
pr~cédemment, la teneur en eau de la chaux sodée vendue dans le commerce est
g~neralement voisine de 16%.
. , .
-
,
1~265i3~
On choisit une matirre ribreuse capable de s'imprègner dleau et llon déter-
mine expérimentalement la valeur S de la surface totale extérieure des ~lé
ments 5, en contact avec la chaux sodée, perme-ttant le transfert de l'eau
dans la chaux sodée, avec un débit au moins égal ~ ~ a ~ -
On détermine expérimentalement la distance d (figure 3), carectérisant la
-, zone dans laquelle la migration de l'eau dans la chaux sodée est telle que
la teneur en eau permet un fonctionnement e-fficace du dispositif selon l'in-
vention.
. 1 .
On dispose les éléments 5, dont la forme a été chnisie, de telle fa~on que
les surfaces extérieures de ces éléments 5 soient , les unes par rapport aux
I autres , au plus distantes de la valeur 2d.
'~ En pratique~ toutes ces déterminations expérimentales ne sont faites qu'une
seule fois, et les valeurs obtenues sont e~trapolées lorsqu'on réalise un dé-
carbonateur ayant des performances ou des dimensions différentes.
Mais il est ~galement possiole de dresser des abaques donnant toutes les va-
leurs nécessaires.
., .
A titre d'exemple, on a réalisé un décarbonateur dont la cartouche Piltrante
avait une section carrée de 140 mm de c8té, et une hauteur de 200 mm.
Les ~l~ments 5 étaient constitués de 5 plaques de matiere fibreuse de 1 mm
d'épaisseur~ placées parallèlement, et distantes de 2d = 28 mm.
La partie de chaque plaque pénètrant dans la cartoùche 4 avait pour dimen-
sions : lOO mm de hauteur, et 73 mm de largeur, ce qui permettait une surface
de contact totale de :
100 x 73 x 2 x 5 _ 73 000 mm2
Sens~apport d'eau~ et avec un débit de gaz de 7 m /h, on a pu decarbonater
56 m ~d'air à 20 ; la teneur en C02 3 la sortie du dispositif était alors
de 1 on p.p.m..
~vec apport d'eau, le meme dispositif a permis de décarbonater 525 m d'air
moins de 60 p.p.m., ou encore 260 m d'air à 10 p.p.m..
,
`:
-- ~8 02~;~3~
~ Les valeurs données ci-dessus montren-t incon~testablement 17intér8t et la su-
:.
périorité du dispositif perfectionn~ selon l'invention par rapport aux di9-
positifs antérieurs.
Comme il ressort clairement de la description qui précède~ le mode de réa~
lisation de la figure 2 permet une ef-Ficacité optimale du décarbonateur par
une compensation au-tomatique des per-tes en eau provoquées par le passage du
gaz dans la cartouche filtrante~ de sorte que la teneur en eau cle la chaux
sodée reste sensiblement constante~ et comprise entre 10 et 30~ et de pré-
férence, voisine de 16%.
De plus, la circulation verticale du ga~ dans le dispositif permet une décar~
bonatation homogene du gaz.
La figure 4 représente un autre mode de réalisation de 1'invsntion dans le-
quel le gaz à décarbonater circule hori~on-talement.
Dans ce cas, les éléments apportant de l'eau dans la cartouche fil-trante sont
constitu~s par des éléments tubulaires poreux 5a~ dont une ex-tre~rnité est par
exemple fermée, l'autre extre~mité communiquant avec une canalisation 6 d'ali-
mentation d'Eau.
Les éléments tubulaires pourront encore e~tre en matière non poreuse~ leur sur-
face cylindrique étant alurs percée de nombreux petits orifices.
~ien entendu, dans ce deuxième mode de réalisation, les él~ments tubulalres
5a pourront 8tre remplacés par les éléments fibreux 5 représentés sur la fi-
gure 2.
~ien qu'il apparaisse préférable d'effectuer en continu un apport d'eau dans
la chaux sodée~ il est également possible d'effectuer cet apport d'eau de
~ ~ .
façon périodique~ par exemple après une certaine durée de fonctionnement du
dispositif.
'autres modifications pourront e~tre effectuées sans sor-tie du cadre de la
présente invention. Par exemple~ une fraction de l'eau pourra e~tre introduite
dans la cartouche par le ga~ à décarbonater, en utilisant tout moyen connu ?
poU- elever le taux hygromè-trique de ce gaz.
.
- ~ ~z~53~L
Dans le cas où l'on désire que le dispositif fonctionne 3 une température
différente de la température ambiante, par exemple lorsque la température
ambiante est inférieure è zéro degré Celcius~ le disposi-tif pourra comporter
des moyens adaptés à maintenir le dispositif à une température déterminée.
Ces moyens, schématisés en 7 sur la figure 5, pourront e~tre constitués d'élé-
ments chauffants, lorsque la température doit etre supérieure à la température
ambiante, ou d'éléments réfrigérants dans le cas contraire, Mais il sera pos-
sible de modifier la température du gaz pour fixer la température de fonction-
nement du dispositif.
. . .
1 O LBS utilisations du dispositif selon l'invention sont nombreuses. En particu-
lier, cb disposi-tif est utilisable pour décarbonater l'air utilisé dans le
- fonctionnement des piles à combustible, mais il est aussi utilisable pour la
!
~; décarb~natation de l'air d'un espace confiné habité, etc
1:
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