Brevet FR2646496A1 — publié le 19901102

DESCRIPTION La présente invention est relative a un procédé pour fournir un mélange gazeux à au moins trois constituants dont un constituant majoritaire et des constituants restants dont le mélange ne reste pas monophasique gazeux jusqu'a -200C environ a une haute pression de stockage en bouteille supérieure a 100 bars environ. De nombreux mélanges gazeux de ce type sont utilisés. Il s'agit par exemple, dans le domaine du soudage, de mélanges contenant plus de 80 % d'argon, et quelques t de C02 et d'oxygène. Compte tenu du coût élevé de la fourniture de mélanges gazeux en bouteille (dans tout ce qui suit, on désignera par "bouteille" une bouteille ou un cadre contenant du gaz comprime, il est connu, dans de nombreux cas où de grandes quantités sont demandées, de livrer d'une part le constituant majoritaire sous forme de liquide cryogénique que l'on évapore in situ, et d'autre part les autres constituants sous forme de prémélange gazeux comprimé en bouteille, et de réaliser le mélange final au moyen d'un mélangeur binaire simple. Cependant, cette technique ne peut pas s'appliquer lorsque les constituants autres que le constituant majoritaire forment ensemble un mélange qui, a la haute pression de stockage en bouteille, c'est-à-dire en général supérieure a 100 bars, notamment voisine de 200 bars, ne reste pas monophasique gazeux dans toute la gamme des températures ambiantes, c 'est-a-dire jusqu'a -20 C environ. C'est notamment le cas pour les mélanges contenant de l'anhydride carbonique (C02) à une teneur relative supérieure a 40 60 % environ (suivant la pression de stockage).Dans ce qui suit, on désignera par "teneur relative" la teneur dans le mélange desdits constituants restants, c'est-a-dire hormis le constituant majoritaire. Par ailleurs, les pourcentages considérés seront des pourcentages molaires. - Le même problème existe si le constituant majoritaire est livré sous forme gazeuse par une canalisation sous pression- equipée de moyens de détente. L'invention a pour but de permettre de fournir en grande quantité, de façon économique, n'importe quel mélange gazeux à au moins trois constituants. A cet effet, le procédé suivant l'invention est caractérisé en ce qu'on prépare en bouteille sous la haute pression un mélange gazeux intermédiaire formé par lesdits constituants restants et par une fraction du constituant majoritaire suffisante pour que ce mélange intermédiaire reste monophasique gazeux jusqu'a 200 environ sous la haute pression, puis on soutire ce mélange intermédiaire de la bouteille et on lui ajoute le reste du constituant majoritaire pour former le mélange désiré. L'invention a également pour objet une installation pour la mise en oeuvre d'un tel procédé. Cette installation, du type comprenant un évaporateur de liquide cryogénique, une source d'un mélange gazeux intermédiaire et un mélangeur, est caractérisée en ce que le mélange gazeux intermédiaire contient un constituant de même nature que celui stocké dans l'évaporateur. Quelques exemples de mise en oeuvre de l'invention vont maintenant être décrits en regard du dessin annexé, sur lequel la figure unique représente sehématiquement une installation suivant l'invention. On supposera par exemple que l'on veut fournir en grandes quantités le mélange final suivant : 90 % N2, 7 % CO2, 2% 02, % & Ar. Le constituant majoritaire est l'azote, et les teneurs relatives des autres constituants sont 70 % pour le CO2, 20 % pour l'oxygène et 10 % pour l'argon. Sous une pression de stockage en bouteille supérieure à 100 bars, un tel mélange CO2 - 02 - argon ne reste pas monophasique gazeux jusqu'à - 200 C environ, en raison des propriétés physiques du CO2. IL n'est donc pas possible de fournir de façon fiable le mélange final considéré à partir d'une part d'un tel mélange stocké en bouteille et d'autre part d'azote obtenu par évaporation d'azote liquide (ou fourni par canalisation sous pression). Suivant l'invention, une fraction de l'azote du mélange final est mélangé en bouteille aux autres constituants pour former un mélange quaternaire intermédiaire, cette fraction étant choisie suffisante pour abaisser la teneur en CO2 dans la bouteille à une valeur suffisamment faible pour éviter tout risque de condensation du CO2 jusqu'à 2000 environ. Dans cet exemple, une solution possible est la suivante - 80 % : azote liquide vaporisé ; - 20 % : mélange quaternaire intermédiaire à 50 % N2, 35 % C02, 10 % 02 et 5 % Ar. L'azote liquide est stocké dans un évaporateur l muni d'une conduite 2 de soutirage de liquide, laquelle est pourvue d'une pompe 3 suivie d'un vaporiseur 4. Le mélange intermédiaire est stocké dans une bouteille sous haute pression 5 (sous 15 bars environ) dont la conduite de soutirage 6 comporte un détendeur 7. L'azote vaporisé et le mélange intermédiaire détendu à la même pression sont mélangés dans un mélangeur binaire classique 8 dont la sortie 9 délivre de façon précise, constante et économique le mélange final demandé N2 : azote liquide évaporé 80 % 90 % Mélange intermédiaire 20 % x 50 % = 10 % C02 : 20 % x 35 % = 7 % 02 : 20 % x 10 % = 2 % Ar : 20 % x 5 % = 1 % On remarque que ce procédé permet d'assurer industriellement une meilleure précision sur les basses teneurs du mélange final (ici 02 = 2 2 %, Ar = l %). L'invention s'applique à des compositions gazeuses extrêmement variées. Par exemple, le constituant majoritaire peut être un gaz de l'air (N2, 02r Ar), de l'hydrogène, de l'hélium. Les autres constituants, au nombre de 2,3 ou davantage, peuvent être les gaz précités, du néon, du monoxyde de carbone (CO), et un constituant plus facilement condensable dont l'exemple type est le COL. De façon générale, le mélange intermédiaire devra, dans le cas où il contient du C02, présenter une teneur en ce constituant inférieure à 40 à 60 % environ suivant la pression de stockage. Un autre exemple va maintenant être décrit : pour obtenir un mélange final à 96 % Ar, 3 % C021 1 % 02, utilisable comme gaz de protection en soudage, où le CO2 a une teneur relative de 75 %, on fournit 10 % du débit sous la forme d'un mélange intermédiaire ternaire stocké en bouteille haute pression (sous 150 bars environ) et contenant 60 % d'argon, 30 % de C02 et 10 % d'oxygène. Le mélange final est alors obtenu comme suit Ar : argon liquide évaporé 90 % ) 96 % Mélange intermédiaire 10 % x 60 % = 6 % CO, : 10 % x 30 % = 3 % 02 : 10 % x 10 % = 1 %. REVENDICATIONS 1. Procédé pour fournir un mélange gazeux à au moins trois constituants dont un constituant majoritaire et des constituants restants dont le mélange ne reste pas monophasique gazeux jusqu'a -200C environ a une haute pression de stockage en bouteille supérieure à 100 bars environ, caractérisé en ce qu'on prépare en bouteille sous la haute pression un mélange gazeux intermédiaire formé par lesdits constituants restants et par une fraction du constituant majoritaire suffisante pour que ce mélange intermédiaire reste monophasique gazeux jusqu'a 200 environ sous la haute pression, puis on soutire ce mélange intermédiaire de la bouteille et on lui ajoute le reste du constituant majoritaire pour former le mélange désiré. 2. Procédé suivant la revendication l, caractérisé en ce qu'on fournit ledit reste du constituant majoritaire par évaporation de ce constituant stocke sous forme liquide. 3. Procédé suivant l'une des revendications l et 2, caractérisé en ce que le constituant majoritaire est un gaz de l'air. 4. Procédé suivant l'une des revendications l et 2, caractérisé en ce que le constituant majoritaire est l'hydrogène ou l'hélium. 5. Procédé suivant l'une quelconque des revendications l à 4, caractérisé en ce que lesdits constituants restants contiennent de l'anhydride carbonique (CO2) dans une proportion supérieure à 40 à 60 % environ. 6. Procédé suivant la revendication 5, caractérisé en ce que ledit mélange intermédiaire contient moins de 40 à 60 % environ de CO2. 7. Procédé suivant l'une des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que lesdits constituants restants comprennent un ou plusieurs gaz de l'air. 8. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 5 a 7, caractérisé en ce que lesdits constituants restants comprennent de l'hydrogène etVou du monoxyde de carbone (CO). 9. Installation pour fournir un mélange gazeux à au moins trois constituants dont un constituant majoritaire et des constituants restants dont le mélange ne reste pas monophasique gazeux jusqu'à -20 C environ a une haute pression de stockage en bouteilles supérieures à 100 bars environ, du type comprenant un évaporateur (1) de liquide cryogénique, une source (5) d'un mélange gazeux intermédiaire et un mélangeur (8), caractérisée en ce que le mélange gazeux intermédiaire contient un constituant de meme nature que celui stocké dans l'évaporateur (2). 10. Installation suivant la revendication 9, dans laquelle l'évaporateur est remplacé par une conduite de distribution sous pression pourvue de moyens de détente.