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La présente invention concerne un procédé d'obtention
de solutions à forte teneur en gaz dissous, les solutions
obtenues par ce procédé et une lnstallation de mise en oeuvre.
Depuis tres longtemps on a tenté de mettre au point
une technique sûre et e-fficace permettant l'emmagasinage de
la quantité maximale d'un gaz dans un liquide, en vue d'une
production régulière du mélange solvant-gaz a forte concen-
tration de celui-ci, à une température voisine de l'ambiante
et à une pression inférieure à la tension de vapeur du gaz à
cette meme température.
Parmi les produits caractérisés par une Eorte solu-
bilité et une forte réaction exothermique, ou ceux répondant
à la deuxième caractéristique, on peut citer l'anhydride
carbonique et le protoxyde d'azote.
En vue de la dissolution de l'anhydride carbonique
à forte concentration, on a proposé la compression de ce gaz
sous haute température, c'est-à-dire sous 1~0 bars entre 150
à 200~C, dans un solvant du type hydrocarburechlorofluoré,
désigné commercialement sous la marque de commerce "Fréon".
Le mélange anhydride carbonique dans le FRE0~ est réglé par
débitmètre piloté, cependant dans ces conditions dites en
supercritique, la densité de l'anhydride carbonique évolue
très rapidement en fonction de la pression et les contrôles
par pression en sont d'autant plus imprécis.
Aussi, on a recherché la réalisation du mélange
solvant/anhydride carbonique, tel FRE0~ anhydride carbonique
en conservant toujours de l'anhydride carbonique gaz détendu
à partir de sa tension de vapeur saturante, donc inférieure
aux conditions critiques.
Selon la technique antérieure, la concentration des
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solutions en C02 ne dépasse pas en général une quinzaine
de pourcents.
Il a été trouvé un procédé permettant d'obtenir une
production régulière d'un mélange solvant~anhydride carbonique
pouvant atteindre de fortes concentrations de 25 à 30% en
poids, à une température voisine de 20C et à une pression
inférieure à la tension de vapeur de l'anhydride carbonique à
cette même température.
Selon ce procédé, on réalise la saturation sous
pression subcritique de l'anhydride carbonique dans un hydro-
carburechlorofluoré par pulvérisation de l'hydrocarbure-
chlorofluoré comprimé, sous-refroidi à une température
voisine ou inférieure à celle choisie pour le mélange
C02/hydrocarburechlorofluoré en sortie, à contre~courant de
l'anhydride carbonique, le premier contact gaæ-liquide étant
réalisé par débullage sous pression subcritique de l'anhydride
carbonique dans l'hydrocarburechlorofluoré, dans des condi-
tions de température et pression inférieures aux conditions
critiques, avec régulation thermique rigoureuse pendant toute
la phase de dissolution, de manière à l'effectuer en dessous
; des conditions critiques.
~ nsuite le mélange hydrocarburechlorofluoré à forte
concentration en anhydride carbonique est comprimé sous haute-
pression en vue de leur utilisation ultérieure.
~ a pulvérisation donne une très grande sur~ace
liquide-gaz pour le contact liquide/gaz~
L'hydrocarburechlorofluoré comprimé est sous-
refroidi par rapport à la pression environnante, bien en
dessous de la température d'équilibre. Il apparaît avantageux
de comprimer le dit hydrocarbure pour le pulvériser sous une
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pression supérieure d'environ 10 bars à celle régnant dans
la zone haute de dissolution-saturation, et en le sous-
` refroidissant à une température inferieure de 10 à 20C par
rapport à la température de la solution saturée en sortie de
la dite zone de dissolution-saturation.
Les hydrocarburechlorofluorés convenant à la mise
en oeuvre du procédé, sont les produits connus sous la marque
de commerce FREON, en particulier le "dichlorodifluorométhane
CC12F2", désigné sous la marque de commerce "Fréon 12"~
Afin d'accroître le taux de saturation du "Fréon"
en anhydride carbonique, il est apparu avantageux de recycler
une fraction de "Fréon" contenant de l'anhydride carbonique
dissous vers la pulvérisation, après compression et maintien
en température dans des conditions identiques à celles de la
pulvérisation de l'hydrocarburechlorofluoré pur.
Le débullage ascendant de l'anhydride car~onique,
réalisé dans la partie inferieure de la phase de saturation,
est effectué 90US une pression subcritique de préférence
proche de la pression critique.
Au cours de la phase de saturation, la température
est fixée entre 10 -~20C de préférence inférieure à la
température ambiante, et maintenue par l'intermédiaire
d'une régulation thermique contrôlée. La qualité de la
saturation de l'hydrocarburechlorofluoré en anhydride
carbonique est fonction de la régulation précise de la
température pendant la phase de dissolution cette régulation
devant être au moins de l'ordre du degré, et avantageusement
sous forme d'une régulation interne par l'intermédiaire d'un
fluide caloporteur, circulant en circuit-fermé, le débit de
; 30 circulation du fluide caloporteur à l'intérieur de la zone de
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dissolution-saturation étant régulé par la température de la
dite zone.
La réaction exothermique de dissolution étant très
importante et la température du vrac dichlorodifluorométhane
pouvant atteindre -~ 50~, on comprend la nécessité du refroi-
dissement de l'hydrocarbure, de manière à l'introduire dans
la zone de saturation à température voisine ou inférieure à
celle fixée pour le mélange à sa sortie cle la zone de
dissolution-saturation.
Les solutions à très forte concentration en
anhydride carbonique, de 25 à 3~/~ en poids, sont particu-
lièrement appréciées dans de nombreux domaines d'application,
notamment dans celui dit du foisonnement des mousses plas-
tiques, de la fabrication des plastiques expansés et du
caoutchouc mousse où elles conduisent à d'excellents résultats,
également dans le domaine technique des aérosols, dans la
surpressurisation d'un liquide à faible tension de vapeur, et
dans le domaine des mélanges liquide-gaz; carbonatation,
flottation etc
Le procédé de l'invention est avantageusement mis
en oeuvre dans une installation du type représenté sur le
dessin annexé où les températures et pressions indiquées sont
représentatives du "Fréon 12". Dans ce dessin, la figure
unique est un schéma d'une installation pour l'obtention de
solutions du type hydrocarburechlorofluoré à forte teneur en
gaz dissous.
L'installation comprend essentiellement deux
échangeurs froids un échangeur refroidisseur en amont du
saturateur et un échangeur-régulateur interne au saturateurO
Le "Fréon" est stocké, en vrac à température
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ambiante, dans le réservoir de stockage tl), il traverse
une pompe (2) avec clapet à décharge sous 15 bars, il est
ensuite repris par la pompe de surpression (3) double effet
à piston. Cette pompe peut fonctionner en débitant 500
kg/heure, soit 375 litres~heure de "Fréon 12" (densité
F 12 = 1,32 à 20C), avec une pression de refoulement de
40 bars.
Le "Fréon" comprimé est sous-refroidi dans
l'échangeur froid dit échangeur refroidisseur (5) sur la
canalisation d'arrivée du "Fréon" (4). La température
d'entrée varie entre - 10C et + 50C, et la température
de sortie minimale est de - 10C, le débit instantane étant
de 500 kg/heure. L'échangeur ~roid sur canalisation baigne
dans un bain thermostaté (6) d'un groupe frigorifique (7)
pouvant abaisser la température jusqu'à - 10C. La tempé-
rature du bain thermostaté est controlée et régulée par
l'intermédiaire ~u régulateur de température (8).
Le "Fréon" sous-refroidi circule à l'intérieur de
la canalisation calorifugée ~9), traverse la vanne (10)
commandée par le régulateur de niveau (11), de l'hydrocarbure
liquide dans ~a zone de dissolution, puis toujours sous
canalisation calorifugée est acheminé vers la buse de pulvé-
risation (12A), située à la partie supérieure du saturateur
(13)o Cette buse de pulvérisation peut être de tout type
convenable, tel du type tourbillonnaire à cône plein et à
impact de diamètre de 15 à 50 cm, d'un débit élevé de
500 kg/heure sous une pression différentielle de 10 bars.
Le "Fréon" recyclé est recomprimé dans la pompe de
recyclage (14) donnant une pression différentielle de 10 bars
et un débit de 500 kg/heure, puis il est remonté dans la
canalisation calorifugée (15) vers la buse de pulvérisation
(12B) du même type que la buse de pulverisation (12A) et
également située à la partie supérieure du corps du
saturateur (13).
Le corps du saturateur (13~ dont le volume est
fonction du débit désiré, peut etre de forme cylindrique, par
exemple de hauteur 2 mètres et diamètre 200 millimètres, résis-
tant à une pression d'épreuve de 50 bars. Le saturateur est
muni des moyens de contrôle de pression par l'intermédiaire
du manomètre de visualisation et pressostat d'alarme basse et
haute pression (16) et de la vanne de purge et soupape de
sécurité (17), tarée à 35 bars, situés l'un et l'autr~ à la
partie supérieure du saturateur (13). Il est également muni
des moyens de contrôle de la température du liquide du satu-
rateur, par l'intermédiaire de la sonde de température (18);
ainsi que des moyens de contrôle et régulation du niveau du
"Fréon", dans le saturateur, par l'intermédiaire du régulateur
de niveau (11). Le saturateur-est en'ouré par le calori-
fugeage (13a).
L'anhydride carboni~ue est stocké en vrac dans le
réservoir de stockage haute pression (19~, maintenu sous 40
bars au minimum. A 0C la pression est de 40 bars, à -5C
elle se situe à 30 bars, il est donc prévu un réchauffage par
température négative en hiver, par l'intermédiaire de
l'épingle chauffante (20). L'anhydride carbonique délivré
sous une pression d'au moins 40 bars passe à travers le
réchauffeur anti-givrage (21) du détendeur C02 (22). La
pression de l'anhydride carbonique en amont du détendeur est
au moins de 40 bars et en aval de 30 bars + 0,5 bar, le
détendeur (223 fonctionne à débit instantané de 120 kg/heure
i27~
(60 m3/heure). L'anhydride carbonique circule dans la cana-
lisation (23), munie d'un clapet anti-retour ou d'un point
haut anti-siphon, figuré en (24), les deux moyens pouvant
etre associés. Cette canalisation (2~) pénètre à la partie
inférieure du corps du saturateur (13) où elle se prolonge
par une rampe perforée (25) destinée au débullage sous-
pression de l'anhydride carbonique dans le "Fréon" li~uide
.(26). La température de la solution de "Fréon" contenant du
C2 est de + 10C. Cette solution à forte concentration
en C02 dissous est soutirée par la canalisation calorifugée
(27), à la partie inférieure du saturateur (13). Une
fraction de cette solution saturée en C02 est prélevée vers
le recyclage via la pompe (14), et l'autre fraction destinée
à l'utilisation est comprimée par les deux pompes de reprise
en parallèle (28A) et (28B), ayant chacune un débit minimum de
150 kg/heura, sous une pression élevée de refoule~ent,
ajustée selon la demande de l'utilisateur par exemple de
150 bars, et sur la conduite d'uti~isation (30), véhiculant
le mélange vers l'utilisation maintenant le CO2 en phase
dissoute, on a intercalé un accumulateur anti-coup-de
bélier (29).
Le saturateur est en outre équipé d'un échangeur
interne dit échangeur-régulateur (31) en vue de compenser
la réaction exothermique de dissolution du C02 dans le
"Fréon". Cet échangeur interne étant situé pour sa partie
inférieure au-dessus de la rampe de débullage du C02 (25)
et pour sa partie supérieure en dessous du niveau liquide
maintenu par le régulateur (11).
L'échange calori~ique se fait par l'intermédiaire
du ~luide caloporteur constituant le bain thermostaté (6),
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maintenu à - 10C par le groupe frigorifique (7). Le
courant de fluide caloporteur circulant en circu.it fermé
calorifugé entre le groupe frigorifique et le saturateur,
quitte le bain therrnosta-té par la canalisation (32) calo-
ri~ugée jusqu'à son raccordement à la partie inférieure de
l'échangeur interne (31) situé au-dessus de la rampe de
-` débullage du C02 (25). Après un échange calorifique dans le
sens ascendant, le fluide caloporteur après circulation dans
la conduite (33), passage dans le système vanne-triple (34)
est relancé par les pompes de circulation (35A) et (35B) en
vue de son recyclage par la canalisation calorifugée (36)
au bain thermostate (6~. Le débit de circulation du flu:ide
caloporteur à l'intérieur de l'échangeur interne (31) est
régulé par la température du milieu liquide dans l.e satu-
rateur, indiquée par la sonde de température (18) et au
moyen du régulateur (37).
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