Brevet FR2290239A1 — publié le 19760604

La présente invention concerne un procédé et un dispositif de décar- bonatation d'un gaz ou mélange de gaz, notamment de l'air L'invention est, par exemple, utilisable pour décarbonater l'air (ou plus généralement une atmosphère gazeuse oxygénée) contenu dans un espace confiné où séjournent des êtres vivants, ou pour éliminer le gaz carbonique de l'air alimentant une pile à combustible, ces deux exemples d'application n'ayant aucun caractère limitatif. C'invention repose sur la propriété de l'hydroxyde de lithium LiOH, ou lithine, de fixer le gaz carbonique selon la réaction C02 + 2 LiOH Li2 'C03 + H20 Les auteurs de la présente invention utilisant de l'hydroxyde de lithium à l'état solide ont découvert que l'absorption du gaz carbonique par la en lithine pouvait etre améliorée/utilisant de la lithine sensiblement déshydratée et en la maintenant à une température comprise entre environ 400 Celsius et environ 80 C, de préférence à une température voisine de 60oC. Cette amélioration est encore plus sensible si on utilise de la lithine en poudre, dans ces conditions de température. L'invention pourra etre mise en oeuvre par préchauffage du gaz à décarbonater et/ou par chauffage du ou des lits d'hydroxyde de lithium. Lorsque l'invention est appliquée à la décarbonatation de l'air d'alimentation d'une pile à combustible, il sera particulièrement avantageux de tirer parti de l'échauffement de l'électrolyte traversant la pile par suite des réactions chimiques dans cette pile pour réaliser ce chauffage de l'air à décarbonater. L'invention sera bien comprise en se référant aux figures annexées ou - La figure 1 représente schématiquement un premier mode de réalisation de l'invention avec préchauffage du gaz à décarbonater, - la figure 2 représente un second mode de réalisation avec chauffage du lit d'hydroxyde de lithium, - la figure 3 montre un troisième mode de réalisation de l'invention, utilisant de la lithine en poudre. Sur les différentes figures où les mimes références ont été utilisées pour désigner les mimes éléments, la référence 1 (figures 1 et 2;)ou la (figure 3) désigne un réservoir, ou cartouche, contenant de l'hydroxyde de lithium déshydraté 2 entre deux grilles 3 et 4 (figures 1 et 2), ou éléments séparateurs poreux 5, par exemple en tissu (figure 3) Bien entendu, on pourra utiliser plusieurs cartouches de ce type, en série, pour obtenir une meilleure décarbonatation. La cartouche 1, la a une forme de cylindre allongé (figures 1 et 2) ou aplati (figure 3) Elle comporte un conduit 6, 6a d'admission du gaz à décarbonater et un conduit 7, 7a d'évacuation du gaz purifié. La lithine peut entre utilisée sous forme de granulés, comme illustré par les figures 1 et 2 ou, avantageusement, en poudre, comme dans le mode de réalisation de la figure 3, l'utilisation de la lithine en poudre, dans les conditions de l'invention, conduisant à une meilleure décarbonatation, comme le montrent les résultats ci-après des essais effectués. Le chauffage du gaz à décarbonater pourra-8tre un préchauffage, avant l'admission du gaz dans la cartouche. Ce préchauffage pourra entre effectué, comme illustré, par une résistance électrique 8,8a ou encore par un serpentin parcouru par un fluide de chauffage entourant une portion du conduit d'admission 6, 6a. Lorsque l'invention est appliquée à la décarbonatation de l'air alimentant une pile à combustible, il sera avantageux d'utiliser l'élévation de température de l'électrolyte dans la pile, résultant des réactions chimiques qui se produisent dans celle-ci, pour réaliser le chauffage du lit d'hydroxyde de lithium. Dans le mode de réalisation illustré par la figure 2, la cartouche 1 est entourée d'une jaquette dans laquelle on fait pénétrer, par le conduit 11, l'électrolyte chaud sortant de la pile à combustible. L'électrolyte échauffe la cartouche 1 et ressort par le conduit 11, d'où il retourne dans le circuit d'électrolyte de la pile à combustible. Les résultats d'essais suivants montrent les avantages de la présente invention 1er essai On a fait circuler de l'air à la température ambiante de 24OC sur un échantillon de 200g de lithine du commerce (en granulés) contenant une proportion d'environ 40% d'eau (en poids) On indique ci-après,en parties par million (p.p.m.) la proportion de gaz carbonique restant dans l'air traité, en fonction de la quantité d'air ayant traversé l'échantillon Quantité d'air Teneur en traitée (cumulée) C02 de l'air traité 3 en m (ppm) 3,3 30 9 60 11 70 15 120 2ème essai On a déshydraté un échantillon de lithine du commerce de 200 g en le maintenant à une température d'environ 200oC pendant deux heures et on a recommencé un essai de décarbonatation de l'air, toujour a 24oC Quantité d'air Teneur en C 2 traitée (cumulée) de l'air traité en m3 (en ppm) 50 O 65 2 72 7 78 20 3ème essai On a opéré comme dans le second essai (116 g de lithine déshydratée en granulés), mais on a conduit l'opération avec de l'air préchauffé à une température d'environ 400 C. Les résultats ont été les suivants Quantité d'air Teneur en C02 traitée (cumulée) de l'air traité en m (en ppm) 50 0 75 0 90 0été 93 20 95 60 4ème essai On a procédé comme dans le troisième essai, mais avec de l'air préchauffé à 600 C. On a obtenu les résultats suivants Quantité d'air Teneur en C02 traitée (cumulée) - de l'air traité en m3 (en ppm) se O 75 O 110 20 Sème essai On a opéré comme dans le deuxième essai, mais en utilisant 116 g de lithine déshydratée en poudre. On a obtenu les résultats suivants Quantité d'air Teneur en C02 traitée (cumulée) de l'air traité en m3 (en ppm) 50 0 75 O loo 20 6ème essai On a opéré comme dans le cinquième essai, mais en préchauffant l'air à 400C. Les résultats ont été les suivants Quantité d t air Teneur en C02 traitée (cumulée) de l'air traité en m3 (en ppm) 50 0 100 ' O 0 150 0 180 20 REVENDICATION s 1. - Procédé de décarbonatation d'un gaz ou mélange de gaz, dans lequel on fait circuler ce gaz à travers au#moins un lit d'hydroxyde de lithium à l'état solide qui fixe le gaz carbonique, caractérisé en ce qu'on utilise de l'hydroxyde de lithium sensiblement déshydraté et en ce qu'on maintient le lit d'hydroxyde de lithium à une température comprise entre environ 400C et environ 800C. 2. - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce quton réalise la réaction à une température voisine de 600C. 3. - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on préchauffe le gaz à décarbonater, avant son entrée dans lit d'hydroxyde de lithium. 4. - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on chauffe le lit d'hydroxyde de lithium. 5. - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on utilise de l'hydroxyde de lithium en poudre. 6. - Dispositif pour décarbonater un gaz ou mélange de gaz, comportant un lit d'hydroxyde de lithium, au moins un conduit d'introduction du gaz dans ce lit et au moins un conduit d'évacuation du gaz décarbonaté, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de chauffage du gaz traversant le lit d'hydroxyde de lithium. 7. - Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que lesdits moyens de chauffage sont placés sur ledit conduit d'introduction du gaz. 8. - Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que lesdits moyens de chauffage entourent le lit d'hydroxyde de lithium. 9. - Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que lesdits moyens de chauffage sont constitués par des moyens de circulation d'un fluide caloporteur autour du lit d'hydroxyde de lithium. 10. - Dispositif selon la revendication 9, adapté à la décarbonatation de l'air alimentant une pile à combustible qui comporte un circuit d'électrolyte, cet électrolyte s'échauffant au cours de son passage dans la pile, caractérisé en ce que lesdits moyens de circulation d'un fluide caloporteur autour du lit d'hydroxyde de lithium sont raccordés audit circuit d'électrolyte de façon à utiliser l'échauffement de cet électrolyte dans la pile pour le chauffage du lit d'hydroxyde de lithium.