Brevet FR2368990A1 — publié le 19780526

La présente invention a pour objet un procédé et un dispositif pour dissoudre un gaz dans un liquide. L'invention vise plus particulièrement un pro- cédé de ce genre dans lequel ledit gaz est constitué essentiellement par de l'air, de l'air enrichi en oxygène ou par de l'oxygène, et dans lequel ce gaz provient d'un dispositif d'alimentation sous pression, la partie du gaz qui n'est pas dissoute dans le liquide étant récupérée et amenée à nouveau vers ce dernier. Les avantages que l'on obtient lorsqu'on dissout de l'oxygène dans un li- quide sont bien connus, qu'il s'agisse d'un liquide constitué par des eaux résiduelles renfermant des impuretés organiques ou d'une eau naturelle dont la pollution a atteint une valeur proche de la limite admissible. On connaît différents procédés et dispositifs par lesquels on tente de résoudre le problème de l'obtention d'un rapport optimum de la partie d'oxygène dissoute dans le liquide à la partie d'oxygène qui ne se dissout pas dans ce dernier On connaît notamment un procédé pour enrichir de 1 'eau naturelle stagnante en oxygène, dans lequel la couche d'eau qui renferme la plus faible proportion d'oxygène, au fond du lac ou analogue, est amenée à la surface du lac, au moyen d'une pompe élévatrice a air, pour être ensuite ramenée vers le fond du lac, en sa profondeur initiale, après avoir été au contact de l'atmosphère. Ce procédé tient compte, dans le cas d'une eau naturelle dont la pollution s'approche du seuil critique, du fait que lorsecuton mélange la couche superficielle relativement riche en oxygène avec la couche du fond, relativement pauvre en oxygene, il risque d'en résulter un manque total d'oxygène à l'inte- rieur de la masse d'eau; toutefois, ce procédé nécessite une consommation d'énergie considérable, ainsi que la mise en oeuvre de moyens techniques importants, et son rendement est médiocre, étant donné que l'eau est amenée au contact de l'air sous la pression atmospherique a laquelle l'oxygène présente une faible solubilité relativement réduite dans l'eau. La présente invention a pour but de créer un procédé pour dissoudre un gaz dans un liquide, qui permet d'introduire une quantité de gaz qui estindépen- dante dans une large mesure de l'énergie consommée, ce procédé devant présenter en outre un rendement élevé en ce qui concerne le rapport de la proportion de gaz dissoute dans le liquide à la proportion de gaz s'échappant de ce liquide. Le procédé faisant l'obJet de la présente invention est remarquable en ce que le gaz est introduit dans le liquide sous forme liquéfiée, et avec une vitesse d'écoulement élevée. La présente invention est basée sur le fait que lorsqu'on introduit un gaz liquéfié à très basse température, avec une vitesse d'écoulement élevée, dans un liquide, il et, résulte la fonnation de gouttelettes microscopiques de ce gaz, et la difÇ-érence de température entre le liquide a enrichir en gaz et le gaz liquéfié, difrerence qui dans la plupart des cas est très importante, provoque une vaporisation brusque des gouttelettes microscopiques qui forment alors des petites bulles.On obtient ainsi, entre autres, en raison du gradient de pression entre le gaz liquéfié et le liquide environnant qui n'est pas soumis à une pression, une répartition extrêmement fine du gaz dans le liquide, grâce a laquelle une proportion relativement grande du gaz est dissoute dans le liquide. Etant donné que le gaz liquéfié est emmagasiné dans le dispositif dalimen- tation sous une forme comprimée, sa pression régnant à l'intérieur de ce diapo sitif d'alimentation peut être utilisée avantageusement pour assurer le transport du gaz liquéfié vers le point d'introduction dans le liquide, par l'inter niédiaire d'une conduite isolée La profondeur du point d'introduction du liquide dans le gaz doit être choisie telle qu'il existe toujours un gradient de pression suffisant entre le dispositif d'alimentation et le point d'introduction, car ce gradient de pression détermine la vitesse d'écoulement du gaz liquéfié introduit dais le liquide. Plus la profondeur du point d'introduction dans le liquide est grande, et p#t# on peut tirer bénéfice du fait qu'un liquide sous pression présente une solubilité relativement grande par rapport au gaz. Selon les dimensions et l'agencement du dispositif pour dissoudre un gaz dans un liquide, la quantité du gaz liquide introduite dans le liquide inte rossé est avantageusement réglable, en fonction des caractéristiques du liquide, de façon telle que le gaz a basse température se vaporise constamment, ce qui cmpêche toute obstruction du système d'introduction de gaz, au niveau du point d'introduction de ce gaz dans le liquideS sous l'effet du changement d'état du gaz lorsque cela ci passe de la phase liquide à la phase solide. Dans un mode de réalisation avantageux de l'invention, le liquide dans lequel on désire dissoudre le gaz est pompé à partir d'une profondeur quelconque vers un récipient de pression étanche au gaz, et du gaz liquéfié provenant du dispositif d'alimentation sous pression est mélangé, par l'intermédiaire du système d'introduction de gaz au liquide avant l'introduction de celui-ci dans le récipient de pression précité Ce mode de réalisation présente de l'intérêt notamment lors de l'introduction d'un gaz dans des eaux stagnantesl étant donné qu'on obtient ainsi un mélange sensiblement plus intime et une meilleure solubilité du gaz liquéfié dans un écoulement de liquide qui entraîne le gaz, cependant que celui-ci passe de son état liquide sous forme de fines gouttelettes à 1 état gazeux sous forme de petites bulles Dans le récipient de pression, la partie du gaz qui n'est pas dissoute dans le liquide est collectée dans le volume situé au-dessus de la surface du liquide, et ce gaz peut alors être ramené vers le système d'introduction, par l'intermédiaire d'une conduite pourvue d'une soupape de pression, cependant que le courant de gaz liquéfié provenant du dispositif d'alimentation et introduit dans le liquide est réglé d'une manière convenable. Par un réglage approprié de la soupape de pression, on peut faire en sorte que dans le récipient de pression il règne toujours une pression supérieure a la pression atmosphérique, grâce a quoi la solubilité du gaz dans le liquide est augmentée. Il en résulte un rendement particulièrement élevé du procédé. Pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, on peut monter un dispositif approprié sur un corps flottant, ce dispositif pouvant alors être utilisé a tout endroit convenable. D'autres buts et avantages de la présente invention apparattront à la lecture de la description suivante et des figures jointes, données a titre illustratif mais non limitatif. La Figure 1 représente un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé, dans lequel du gaz liquéfié est introduit directement dans le liquide inte ressé, à partir d'un dispositif d'alimentation monté sur un corps flottant. La Figure 2 montre un dispositif selon l'invention, dans lequel le liquide a traiter est pompe vers un récipient de pression et enrichi en gaz liquéfié, en amont de ce récipient. Sur les Figures 1 et 2,.des références numériques désignent des éléments identiques ou analogues. Dans le mode de réalisation représenté sur la Figure 1, un corps flottant 1 porte un dispositif d'alimentation en gaz sous pression 2 qui est relié par l'intermédiaire d'une conduite isolée 7 pouvant être obturée par une soupape 8 a un système d'introduction de gaz 3 immergé dans la masse du liquide a traiter. Selon la pression régnant à l'intérieur du dispositif d'alimentation 2, le système d' introduction 3 peut être immergé a une profondeur convenable dans le liquide et être maintenu a cette profondeur par le corps flottant 1. Lorsque par conséquent il existe un gradient de pression entre l'espace intérieur du dispositif d'alimentation 2 et l'endroit d'introduction 3 du gaz dans le liquide a traiter, le gaz liquéfié s'écoule automatiquement# dans la conduite isolée 7 et le système d'introduction 3, pour pénétrer a une vitesse élevée dans le liquide; il est mélangé a ce liquide, se vaporise en raison de la différence de température et se détend pour former des bulles microscopiques. Le gaz qui ne se dissout pas dans le liquide est capté par un dispositif de captage 4 constitué essentiellement par un carter en forme de cloche, et maintenu par-le corps flottant 1 par l'intermédiaire de cables d'acier à un endroit situé au-dessus de la zone d'ascension des bulles de gaz. Le gaz ainsi capte par le dispositif de captage 4 peut être introduit de nouveau dans le liquide en passant par une soupape de pression 5 disposée sur le dispositif de captage 4 et par une conduite de retour 6, reliant la soupape 5 à la conduite isolée 7, cette conduite 6 débouchant dans la conduite 7 dans la direction de l'écoulement du gaz liquéfié, cet écoulement provenant du dispositif d'alimentation 2 étant réglé en même temps à l'aide de la soupape 8.Par ailleurs, la soupape 8 permet de régler le débit de gaz liquéfié s'ecoulant vers le liquide à traiter, de façon telle que ce gaz à basse température se vaporise constamment, ce qui permet d'éviter un givrage du système d'introduction 3. Dans le mode de réalisation représenté sur la Figure 2, un corps flottant porte également un dispositif d'alimentation 2 en gaz sous pression. Par ailleurs, un récipient de pression 9 étanche au gaz est monté sur le corps flottant 1, de même qu'une pompe 10 reliée a une conduite d'aspiration 11 et une conduite de refoulement 12 branchée sur le récipient de pression 9. Par l'intermédiaire de la conduite d'aspiration 11, la pompe 10 aspire du liquide, a partir d'une profondeur convenable de la masse de liquide à traiter, et refoule ce liquide vers l'intérieur du récipient de pression 9, par l'intermédiaire de la conduite de refoulement 12. Le système d'introduction de gaz 3 est branché sur la conduite de refoulement 12 qui est reliée par la conduite isolée 7 comportant la soupape 8 au dispositif d'alimentation 2 en gaz sous pression. Grâce à cet agencement, on peut introduire dans le liquide s'écoulant dans la conduite de refoulement 12 du gaz liquefié, indépendamment de l'énergie consommee, ce gaz liquéfié s'écoulant à une vitesse élevée et se divise de ce fait facilement en gouttelette microscopiques réparties dans le courant de liquide; sous l'effet de la différence de température et de pression entre le gaz et le liquide, ces gouttelettes sont ensuite vaporisées pour former des petites bulles.#Après l'introduction du courant de liquide ainsi enrichi en gaz dans le récipient de pression 9, le gaz non-dissous dans le liquide monte-dans le volume situé au-dessus de la surface du liquide dans ce récipient. A partir de ce volume, le gaz peut être introduit a nouveau dans le liquide par l'intermédiaire des soupapes de pression 5 disposées sur le couvercle du récipient de pression 9, et par l'intermédiaire d'une conduite de retour 6, reliée au système d'introduction 3. Les soupapes de pression 5 ainsi qu'une soupape de réglage 14 interposé dans une conduite de retour 13 pour lteva- cuation du liquide enrichi en gaz à partir du récipient de pression 9, sont agencées de façon telle que la pression a l'interieur du récipient de pression 9 soit toujours supérieure à la pression atmospherique, ce qui augmente la solubilité du gaz dans le liquide. La conduite de retour 13, pourvue de la soupape de réglage 14, permet donc de ramener le liquide enrichi en gaz vers un point, dans la masse de liquide a traiter, a une distance suffisante du point d'aspiration, et- a une profondeur convenable. Bien entendu, la présente invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés; elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles a l'homme de l'art, suivant les applications envisagées et sans que l'on ne s'écarte de l'esprit de l'invention. REVENDICATIONS 1.- Procéda pour dissoudre un gaz dans un liquide, dans lequel ledit gaz est constitué essentiellement par de l'air, de l'air enrichi en oxygene ou par de l'oxygène, et dans lequel ce gaz provient d'un dispositif d'alimentation sous pression, la partie du gaz qui n'est ras dissoute dans le liquide etant récupérée et amenée a nouveau vers ce dernier, caractérisé en ce que ledit gaz est amené vers le liquide sou- forme liquéfiée et avec une vitesse d'écoulement élevée. 2. Procède' sel la revendication 1, caracterisé en ce que le gaz liquéfié est transporté par l'effet du gradient de pression existant entre l'intérieur du dispositif d'alimentation et le point d'introduction du gaz dans le liquide à traiter. 3.- Procédé selon la revendic #tion I ou 2, caractérisé en ce que le rapport de la quantité de gaz liquéfié et la quantité de liquide amenée au contact de ce gaz liquéfié est réglable. 4.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 a 3, caractérisé en ce que le liquide à traiter est introduit dans un récipient de pression étanche au gaz, en ce que du gaz promenant du dispositif d'alimentation est introduit par l'intermédiaire d'un système d'introduction de gaz dans le liquide avant l'entrée de celui-ci dans ledit recipient de pression, en ce que le gaz nonodissout dans le liquide est introduit a nouveau, à partir du récipient de pression, dans le système d'introduction de gaz, et en ce que le liquide est amené à partir du récipient de pression à l'intérieur de la masse de liquide à traiter, à une profondeur prédéterminée. 5.- Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le dispositif d'alimentation et le système d'introduction de gaz, ainsi qu'un dispositif de captage de gaz sont montés sur un corps flottant sur ta masse du liquide a traiter, et en ce que le dispositif de captage est relié par une soupape de pression et une conduite de retour a une conduite reliant le dispositif d'alimentation au système d'introduction de gaz. 6. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 a 4, caractérisé en ce qu'un corps flottant sur la masse de liquide à braites porte le dispositif d'alimentation et le récipient de pression, en ce que le récipient de pression est relie par une conduite d'aspi ration et une conduite de refoulement d'une pompe et par une conduite de retour ala masse de liquide a traiter, en ce que le système d'introduction de gaz est disposé dans la conduite de refoulement de la pompe, et en ce que le dispositif d'alimentation est relié au système d'introduction de gaz par une conduite, cependant que le récipient de pression est relié à ce système d'introduction de gaz par l'intermédiaire d'une conduite de retour débouchant dans la partie supérieure dudit récipient de pression.