Brevet FR2507501A1 — publié le 19821217

t 5 075 O I Procédé d'élaboration d'un gaz inerte ou d'un gaz neutre et installation pour son obtention. La présente invention a pour objet un procédé per- mettant d'obtenir un gaz inerte ou un gaz neutre destiné à des opérations de dégazage ou d'inertagé, ou de séchage par exemple, mais non exclusivement. On connaît actuellement plusieurs procédés qui per- mettent la fabrication de gaz inertes ou neutres par une sucoession d'opérations: combustion, refroidissement, égouttage Les gaz sont le plus souvent produits par des combustions diverses, on utilise notamment le rejet des chau- dières, des groupes électrogènes et autres appareils, de sorte que les fumées sont instables, qu'on en ignore la com- position exacte Ce manque de précision sur la teneur chi- mique des fumées traitées entraîne une production de gaz qui n'ont pas les qualités requises pour leurs destinations. Pour pallier ces inconvénients on a imaginé un pro- cédé mis en oeuvre au moyen d'une installation simple, pra- tique, fixe ou amovible ou encore mobile transportée par des véhicules utilitaires et qui permet de produire par combus- tion stoechiométrique un gaz neutre ou un gaz avec un excès d'air de zéro à 2 % de façon à réduire le pourcentage d'oxy- gène dans le gaz neutre dans une proportion choisie de quel- ques P P M. L'invention telle qu'elle est caractérisée dans les revendications propose un procédé d'élaboration et d'obten- tion d'un gaz inerte ou d'un gaz neutre qui utilise deux recyclages au cours des opérations suivantes craquage d'un gaz de combustion combustion du mélange craqué; ou combustion par mélange; premier refroidissement par dilution au moyen d'une partie du gaz prélevée sur la production de gaz neutre en cours de fabrication; deuxième refroidissement par passage du gaz produit au contact d'un échangeur à eau douce, refroidie et recyclée; troisième refroidissement par passage du gaz à travers un plateau perforé à mèches, par exemple, permettant un lit d'eau, ou bien par passage du gaz sur un échangeur ther- mique à circulation d'eau douce. quatrième refroidissement par aspersion du gaz au moyen d'une rampe d'eau ou bien passage du gaz sur un échangeur à groupe-réfrigérant. Elimination des substances liquides contenues dans le gaz au moyen d'un séparateur. Pour répondre à certains besoins industriels ou cri- tères d'utilisation, le gaz obtenu, qui présente encore 100 % d'humidité relative, peut être: séché par dessication fonctionnant par absorption ou réfri- gération. surchauffé pour livraison à la température désirée. Ces différentes opérations nécessitent des appareils qui constituent l'installation pour l'obtention du gaz sui- vant le procédé et qui comprend: un dispositif de ventilation, à un ou à deux ventilateurs suivant le type de brûleur choisi assorti d'un filtre et d'un silencieux; un brûleur; une chambre de craquage; une chambre de combustion; une chambre de mélange et de dilu- tion pour le premier refroidissement; un échangeur gaz neutre eau douce pour le deuxième refroidissement; un sé- parateur primaire d'eau; une colonne de refroidissement comportant un plateau perforé permettant au moins un lit d'eau assurant le troisième refroidissement; des rampes d'aspersion pour le quatrième refroidissement et un sépara- teur linéaire ou centrifuge pour éliminer les substances li- quides encore en suspension dans le gaz neutre ou bien, et à la place, pour assurer le troisième refroidissement un échangeur thermique à eau douce couplé avec celui assurant le deuxième refroidissement puis, pour le quatrième refroi- dissement passage du gaz dans un groupe réfrigérant qui pourrait aussi être un autre échangeur thermique; des ap- pareils de régulation communes aux différentes manières de -3 _ de refroidir le gaz mais adaptés aux cas considérés et com- prenant, depuis l'entrée et tout au long de l'installation toutes les vannes de sectionnement, robinets de réglage, vannes automatiques électrovannes, régulateurs de débit, contrôleurs de flamme, de température, de pression, analy- seur; des canalisations et tuyauteries, dont une équipée d'un by-pass, des extracteurs, une soupape de démarrage ou de rejet en cas de combustion incorrecte; une pompe immer- gée dans le bac d'eau douce et offrant toute sécurité, pour alimenter le circuit fermé du deuxième refroidissement; un récupérateur de calories eau chaude; un récupérateur de ca- lories gaz chaud; un générateur d'eau douce;éléments néces- saires à la sécurité de l'ensemble avec alertes, de types traditionnels Cette installation est complétée par des ap- pareils de dessication et de réchauffage du gaz neutre pour des cas particuliers d'utilisation La dessication se fait par absorption ou par réfrigération, tandis que le réchauf- fage a lieu dans un surchauffeur A la sortie et dans-tous les cas, la tuyauterie qui dirige le gaz neutre vers l'uti- lisation ou le stockage est munie d'un extracteur et d'un clapet à eau ce dernier destiné à interdire le retour du gaz dans l'installation. Dans ce qui suit l'invention est exposée plus en détail à l'aide de dessins représentant seulement un mode d'exécution: la figure 1 représente schématiquement une installation suivant l'invention; la figure 2 représente schématiquement l'installation pré- cédente complétée par un appareil de dessication et un sur chauffeur du gaz neutre produit. La figure 3 représente schématiquement une variante de réa- lisation dans laquelle les 3 et 4 refroidissements ne sont pas effectués dans une colonne spéciale. L'installation schématisée sur la figure 1 comprend un dispositif de ventilation équipé d'un ventilateur d'air primaire 1 permettant de craquer le gaz de combustion dans la chambre 4 d'un ensemble horizontal comparable à une chau- dière et d'un ventilateur d'air secondaire 2 permettant de -4- de brûler le mélange craqué dans la chambre suivante dite de combustion 5 ou foyer Le gaz carburant peut être du pro- pane, du butane, de l'éthylène, du propylène, notamment mais non exclusivement. Dans l'exemple de réalisation décrit on a choisi le propane pour alimenter le brûleur 3 de sorte que les tempé- ratures qui seront précisées correspondront par conséquent à ce type de carburant Le brûleur 3 peut être immergé ce qui permet, quand on le désire,d'avoir des fumées à température moins élevée Un filtre 6 et un silencieux 7 sont placés à l'aspiration des ventilateurs 1 et 2 afin de débarrasser au mieux l'air pulsé de toutes particules indésirables. On peut également envisager une combustion classique par mélange avec un seul ventilateur. La combustion du mélange craqué s'effectue dans la chambre 5 à une température de 14000 C Le gaz résultant de cette combustion s'engage dans la chambre de mélange et de dilution 8 qui succède à la chambre 5 et o aboutit une tuyauterie 9 d'arrivée de gaz neutre produit par l'installa- tion elle même Cette arrivée de gaz commandée par un by- pass 10 passe par un ventilateur extracteur 38 de recyclage monté dans un ensemble étanche de façon à interdire toute entrée d'air extérieur Elle a pour but de réaliser un pre- mier refroidissement du gaz produit dans la chambre 5 dont la température est ainsi abaissée de 14000 C à 9000 C Le gaz poursuit sa progression et côtoie un échangeur 11 provoquant un deuxième refroidissement du gaz amené à 4000 C après son passage sur l'échangeur 11 lequel se situe toujours dans l'enceinte horizontale, contient de l'eau douce prélevée au moyen d'une pompe immergée 12 dans un bac 13, alimentant ainsi un circuit fermé dont le recyclage est constant L'eau du bac 13 est avantageusement refroidie par un serpentin 14 d'eau de mer ou d'eau industrielle dont la température est d'environ 150 C et qui provient d'une pompe immergée 36. Deux aéroréfrigérants 15 fonctionnent également pour refroi- dir l'eau de la canalisation qui va à l'échangeur 11 Pour utiliser les calories abandonnées par le circuit d'eau douce on a prévu d'intercaler dans cette zone un récupérateur 16 -5- qui peut être employé pour réchauffer du gaz liquéfié ou bien simplement de l'eau d'une installation sanitaire quel- conque. Bien entendu un contrôleur de niveau automatique 17 compense un manque d'eau douce dans le bac 13 et commande un robinet d'appoint qui peut être en rapport avec un circuit de récupération 18 de l'eau de condensation produite par la combustion et situé après l'échangeur 11, en bout de l'ap- pareil, au niveau d'un séparateur primaire 19 chargé d'éli- miner cette eau de condensation. Le gaz neutre arrive à 4000 C dans la colonne de re- froidissement 20 qui contient différents organes; le gaz traverse au moins un plateau perforé 21 surmonté d'un cail- lebotis, détails non représentés sur le schéma Cette dis- position favorise la formation de "mousse d'eau" indus- trielle ou eau de mer, alimentée par des rampes 23 au moyen d'une conduite 22 amenant l'eau au serpentin 14 immergé dans le bac 13 Cette mousse est formée d'eau, de vapeur d'eau, du gaz en suspension et de condensais. Le gaz traverse ce lit de mousse d'eau, subissant -ainsi un troisième refroidissement suivi immédiatement par le quatrième provoqué par une aspersion par gravité à partir des rampes 23 susmentionnées. Ces rampes peuvent être remplacées par des plateaux à contre-courant ou des plateaux d'anneaux à grande surface, à la manière connue. Dans cette zone la température du gaz neutre est des cendue à 301 C environ Il est alors séparé des substances liquides qu'-il contient par un séparateur linéaire 24, cen- trifuge ou autre En haut de la colonne de refroidissement le gaz neutre a une température de 301 C et contient 100 % d'humidité relative La tuyauterie 25 qui surmonte la colon- ne de refroidissement 20 dispose d'un piquage 45 par lequel s'effectue un prélèvement partiel du gaz neutre pour ali menter, par l'intermédiaire du by-pass 10 et de l'extracteur de recyclage 38, la chambre de mélange et de dilution 8 au dhoyen de la tuyauterie 9 comme expliqué précédemment La tuyauterie 25 comporte différents coudes et dispose d'une -6- ouverture 26 vers l'extérieur munie de deux vannes automa- tiques 28 l'une commandée par un contrôleur de pression 30 et l'autre par un analyseur 27 en rapport avec le gaz circu- lant dans la tuyauterie 25 Cette ouverture 26 permet le dé- marrage et les réglages de l'installation, d'éviter les sur- pressions ou encore d'assurer la mise à l'air éventuelle d'un gaz dont la teneur en oxygène n'est pas conforme aux besoins, cette teneur ayant été décelée par l'analyseur 27 situé en amont de l'ouverture 26. En aval de cette ouverture 26 le gaz neutre contient /la d'humidité relative et est dirigé vers l'utilisateur ou le stockage à travers un extracteur 29 et un clapet de sécurité à eau anti-retour Au bas de la colonne de refroi- dissement 20 on a prévu une évacuation 37 de l'eau indus- trielle ou eau de mer distribuée par les rampes 23. Lorsque le gaz neutre ainsi produit doit être déba- rassé des 100 '%' d'humidité relative constatée, on complète l'installation par un appareil de dessication 31, figure 2, qui fonctionne soit par absorption soit par réfrigération. En cas de fonctionnement par absorption l'absorbant peut être régénéré par le sécheur 32 en rapport avec le sys- tème de dessicdation 31 par des canalisations 33. D'autre part le gaz neutre peut être remis à une température souhaitée, par son passage dans un surchauffeur 34 par exemple jusqu'à 4000 C si nécessaire A cet effet le surchauffeur 34 est également relié au sécheur 32 par les canalisations 33 On retrouve en bout de tuyau de sortie vers l'utilisateur un clapet de sécurité à eau, anti-retour. Pour pouvoir brûler des gaz malodorants ou dangereux dont le rejet à l'atmosphère est interdit on a prévu un pi- quage 35 au niveau de la combustion. On remarque que la figure 1 est complétée par le schéma d'implantation des appareils de régulation minimum tels que: vannes automatiques 28, contrôleurs de pression 30, de température 39, de flamme 40, vannes de sectionnement 41, robinets de réglage 42, électro-vannes 43, la régulation de débit étant assurée par tout dispositif approprié 44. Dans la variante de l'installation schématisée sur la -7- figure 3 'on remarque que les opérations de craquage, combus- tion du mélange craqué, premier et second refroidissements sont conservés Mais le troisième refroidissement succède immédiatement au second, avec lequel il est couplé puisqu'il s',agit aussi d'un refroidissement thermique contraignant le gaz à côtoyer un échangeur 46 contenant de l'eau douce recy- clée en permanence, le quatrième refroidissement contraint le gaz à cotoyer un échangeur à groupe réfrigérant 47 Au terme de ce circuit la température du gaz est abaissée aux environs de 200 C, pratiquement à la température ambiante. Dans ce cas particulier le gaz est orienté dès sa sortie du cône de la chaudière dans la tuyauterie 25 qui com- porte, à l'image de celle représentée figure 1 un piquage 45 point de départ d'une tuyauterie 9 assortie d'un by-pass 10 et d'un extracteur ventilateur 38 monté dans un ensemble étanche à l'air, ladite tuyauterie 9 en entrant dans la chau- dière au niveau de la chambre de dilution 8 assurant le re- cyclage du gaz produit, dans le but de réaliser le premier refroidissement comme expliqué précédemment A partir et en aval du piquage 45 on retrouve exactement les mêmes éléments appareils et fonctionnement que ceux décrits et illustrés sur les figures 1 et 2. Le gaz neutre ou inerte ainsi élaboré sert au dé- gazage, à l'inertage, au séchage: a) Le gaz neutre à 200 C et 100 % d'humidité rela- tive est utilisé sur les navires méthaniers pétroliers pour le stockage de produits chimiques, sur les camions citernes, les wagons citernes, tous les matériels servant au transport de matières dangereuses ou-malodorants en phase gazeuze. b) Le gaz neutre à 200 C et 100 d'humidité relative a les mêmes utilisations que le précédent mais pour des ma- tières périssables et pouvant être dégradées par l'humidité, céréales, fruits. c) Le gaz neutre chaud à 100 d'humidité relative est employé au superséchage des matériels cités au paragra- phe a, également en menuiserie. Dans le cas o le gaz produit passe par la colonne de refroidissement 20 il se purifie notamment par dissolu- tian dans l'eau de certains éléments par exemple le gaz car- bonique'de sorte qu'à son arrivée à la bouche d'utilisation 29 le gaz est très voisin de l'azote et présente un degré de pureté appréciable et peut répondre ainsi à des critères particuliers d'utilisation. Il va de soi que des modifications peuvent être ap- portées au dispositif qui vient d'être décrit, notamment par substitution de moyens techniques équivalents, sans que l'on sorte pour autant du cadre de la présente invention. -9- Revendications. 1 Procédé permettant d'obtenir par combustion stoechiométrique un gaz inerte ou un gaz neutre avec un exès d'air de zéro à 2 '%' de façon à réduire le pourcentage d'oxy- gène dans le gaz neutre dans une proportion choisie de quel- ques P P M, caractérisé par le fait qu'il consiste à opérer successivement le craquage d'un gaz de combustion, une com- bustion du mélange craqué, ou une combustion par mélange, un premier refroidissement par dilution, un deuxième refroidis- sement par échange thermique, un troisième refroidissement par barbotage, un quatrième refroidissement par aspersion d'eau, un égouttage par séparation et à la demande, un sécha- ge et un réchauffage ou seulement un séchage. 2 Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il consiste à opérer successivement le cra- quage d'un gaz de combustion, une combustion du mélange cra- qué ou une combustion par mélange, un premier refroidisse- ment par dilution, un deuxième, troisième et quatrième re- froidissement par échanges thermiques. 3 Procédé suivant les revendications 1 ou 2, carac- térisé par le fait que le premier refroidissement d'effectue par apport de gaz neutre produit par le procédé. 4 Procédé suivant les revendications 1 ou 2, carac- térisé par le fait que le-deuxième refroidissement s'effectue par le passage du gaz sur un échangeur qui est un circuit fermé d'eau douce refroidie. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que le troisième refroidissement s'effectue par le passage du gaz à travers le lit d'eau ou de mousse d'eau d'au moins un plateau perforé. 6 Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que le quatrième refroidissement est réalisé par aspersion du gaz au moyen de rampes d'eau industrielle ou d'eau de mer. 7 Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que l'égouttage du gaz neutre s'effectue au moyen d'un séparateur de gouttelettes. - 8 Procédé suivant la revendication 2, caractérisé par le fait que le troisième refroidissement s'effectue par le passage du gaz sur un échangeur thermique contenant de l'eau douce recyclée en permanence. 9 Procédé suivant la revendication 2, caractérisé par le fait que le quatrième refroidissement s'effectue par le passage du gaz sur un échangeur thermique à groupe réfri- gérant ou encore sur un autre échangeur thermique à eau douce. 10 Procédé suivant les revendications 1 ou 2, ca- ractérisé par le fait qu'à la-demande de l'utilisateur l'hu- midité relative du gaz est réduite dans un appareil de des- sication fonctionnant par absorption ou réfrigération. 11 Procédé suivant les revendications 1 ou 2, ca- ractérisé par le fait qu'à la demande de l'utilisateur la température du gaz est modifiée par passage dans un sur- chauffeur. 12 Installation pour l'élaboration et la production d'un gaz inerte suivant le procédé des revendications 1, 3 à 7 caractérisée par le fait qu'elle comprend en combinai- son un dispositif de ventilation équipé de deux ventila- teurs ( 1) et ( 2), un brûleur ( 3), une chambre de craquage ( 4), une chambre de combustion ou foyer ( 5), une chambre dé dilution ( 8), un échangeur thermique ( 11), une colonne de refroidissement ( 20), un séparateur linéaire ou centrifuge ( 24), une conduite ( 25) du gaz vers l'utilisation, un appa- reil de dessication ( 31) et un surchauffeur ( 34). 13 Installation pour l'élaboration et la production d'un gaz neutre suivant le procédé des revendications 2, 3, 4, et 8 à 11, caractérisée par le fait qu'elle comprend en combinaison un dispositif de ventilation équipé de deux ventilateurs ( 1) et ( 2) un brûleur ( 3) une chambre de cra- quage ( 4), une chambre de combustion ou foyer ( 5), une chambre de dilution ( 8), un échangeur thermique (ll)>un second et un troisième échangeurs thermiques respectivement ( 46) et ( 47), une conduite ( 25) de gaz vers l'utilisation, un appareil de dessication ( 31) et un surchauffeur ( 34). 14 Installation suivant les revendications 1, 3 et il - 12, caractérisée par le fait que la chambre de dilution ( 8) est reliée à un piquage ( 45) prévu à la sortie de la colonne de refroidissement ( 20) au moyen d'une canalisation ( 9) com- portant un extracteur ( 38) et un by-pass ( 10). 15 Installation suivant les revendications 2,3 et 13 caractérisée par le fait que la chambre de dilution ( 8) est reliée à un piquage ( 45) prévu en bout de la chaudière sur la tuyauterie ( 25) au moyen d'une canalisation ( 9) comportant un extracteur ( 38) et un by-pass ( 10). 16 Installation suivant les revendications 1 i 2, 4, 12 et 13, caractérisée par le fait que les échangeurs ther- miques ( 11) et ( 46) communiquent avec-:un bac ( 13) réservoir d'eau douce, contenant un serpentin ( 14) d'eau industrielle ou d'eau de mer, alimenté par une pompe immergée ( 36), qu'une pompe ( 12) immergée dans le bac ( 13) alimente les échangeurs ( 11) et ( 46) et que des aéroréfrigérants ( 15) sont montés sur le circuit retour de l'eau douce au bac ( 13) 17 Installation suivant les revendications 1, 5, 6, 7 et 12, caractérisée par le fait que la colonne de refroi- dissement ( 20) comprend, de bas en haut, au moins un plateau perforé ( 21) surmonté d'un caillebotis, un jeu de rampes d'aspersion ( 23) et un séparateur linéaire ou centrifuge ( 24). 18 Installation suivant les revendications 1, 6, 12, 16 et 17 caractérisée par le fait que les rampes ( 23) d'aspersion du gaz sont reliées par une tuyauterie ( 22) au serpentin ( 14) immergé dans le bac ( 13). 19 Installation suivant les revendications 1, 2, 12 et 13, caractérisée par le fait qu'une mise à l'air ( 26) est piquée dans la tuyauterie ( 25), qu'un analyseur ( 27) est prévu en amont et qu'une vanne automatique ( 28) est prévue en aval sur la tuyauterie ( 25). Installation suivant les revendications 12 et 16 caractérisée par le fait que sur le circuit retour de l'eau douce issue des échangeurs ( 11) et ( 46) est prévu un récupérateur ( 16) de calories. 21 Installation suivant les revendications 12 et 13, caractérisée par le fait qu'un récupérateur d'eau douce ( 19) est prévu en fin de circuit du gaz produit, en aval de 12 - sa sortie de la chaudière. 22 Installation suivant les revendications 12 et 13 caractérisée par le fait que les ventilateurs ( 1) et ( 2) sont équipés d'un filtre ( 6) et d'un silencieux ( 7). 23 Installation suivant les revendications 1, 10 et 12, caractérisée par le fait que l'appareil de dessica- tion ( 31), à absorption, est régénéré par un sécheur ( 32) piqué avant l'entrée du gaz dans la colonne de refroidisse- ment ( 20) et conduit par des canalisations ( 33). 24 Installation suivant les revendications 2, 10 et 13, caractérisée par le fait que l'appareil de dessica- tion ( 31), à absorption, est régénéré par un sécheur ( 32) piqué dans la chaudière entre les échangeurs thermiques ( 46) et ( 47). 25 Installation suivant les revendications 1, 2, 11, 12, 13,23, 24, caractérisée par le fait que le surchauf- feur ( 34) est relié au sécheur ( 32) au moyen des canalisa- tions ( 33). 26 Installation suivant les revendications 1, 2, 12 et 13 caractérisée par le fait qu'un piquage ( 35) prévu au niveau de la combustion permet le brûlage de gaz malodo- rants ou dangereux, 27 Installation suivant les revendications 12 et 13, caractérisée par le fait que le brûleur ( 3) est immergé ou non. 28 Installation suivant les revendications 14 et , caractérisée par le fait que l'extracteur ( 38) est situé dans un dispositif étanche à l'air extérieur. 29 Installation suivant l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée par le fait qu'elle comporte des appareils de régulation du débit, de la tempé- rature, de la pression, des vannes de sectionnement, des robinets de réglage, des électro-vannes et des contrôleurs de pression de température et de flamme. 30 Installation suivant l'une quelconque des reven- dications 9 à 20 caractérisée par le fait qu'elle peut être fixe ou amovible, mobile au moyen de véhicules utilitaires existants.