Brevet FR2806416A1 — publié le 20010921

La presente invention concerne un mélange gazeux, à une température d'au moins 5 C et à une pression supérieure ou égale à 5 bars, contenant, d'une part, GPL (gaz de pétrole liquéfié) sous forme gazeuse et, d'autre part, au moins compressible, par exemple l'azote ou le dioxyde de carbone, ainsi que l'utilisation d'un tel mélange gazeux dans une operation de traitement thermique, particulier de projection thermique de type HVOF. Dans certaines applications, notamment en projection thermique HVOF (High Velocity -Fuel = oxy-combustible à haute vélocite), il est nécessaire d'obtenir pression minimale d'alimentation en GPL d'au moins 5 bars, quelquefois moins 10 bars. Or, gazéifiés sont sensibles à la recondensation qui dépend de la température la pression, c'est-à-dire que les GPL gazeifiés ont tendance à se reliquéfier dans certaines conditions de température et de pression. Par exemple, pour une pression gazeuse de propane (C3H8) de l'ordre de 7 bars à une temperature de 15 C, on a pu constater que le se reliquéfie au moins partiellement dans la canalisation qui le véhicule et il ensuit alors des arrêts intempestifs du brûleur situé en aval de la canalisation ce, de par des perturbations de la distribution en GPL gazeux de celui-ci, ce qui nécessite de nettoyer souvent les organes d'alimentation, notamment régulateur de débit massique, organe de régulation de débit électronique asservi indépendamment de la pression amont et aval, détendeur ... Pour éviter ce problème de reliquéfaction des GPL gazeux, les canalisations alimentant les outils de travail, tels un brûleur, un chalumeau ..., doivent être équipées d'un dispositif de chauffage et/ou d'isolation thermique. Or, ce dispositif peut se révéler insuffisant pour des pressions supérieures à 7 bars, compte tenu des débits mis en oeuvre. Lorsque la pression gazeuse augmente, les molécules heurtent plus fréquemment les parois du récipient ou de la canalisation qui les contient et, de la même façon, s'entrechoquent plus fréquemment. Une partie de leur énergie de déplacement est donc transférée aux parois du récipient ou de la canalisation sous forme de chaleur. Dans le cas d'un choc entre les molécules, l'énergie de choc peut atteindre une valeur critique (distance entre molécules rapprochées sous effet de la pression ambiante, vitesse de déplacement des molécules lente sous l'effet d'une température basse) qui permet de former des chaînes continues par liaisons électrochimiques, menant ainsi à un état liquide. Pour des raisons de sécurité, notamment la non-inflammabilité des matériaux sous conditions normales d'utilisation, les canalisations sont classiquement en cuivre, parfois en acier inoxydable, en acier au carbone ou en aluminium. Tous ces matériaux sont bons conducteurs de chaleur (calories ou frigories). On pourrait améliorer la situation en utilisant des tuyaux en polymère ou des tuyaux en composites ou en métal-polymère, c'est-à-dire avec revêtement intérieur de polymère, afin de bloquer ou ralentir le transfert calorifique- perte de l'énergie cinétique des molécules . Dans le cas d'une canalisation "isolée" (calorifugeage de la paroi extérieur), l'énergie, c'est-à-dire la température, perdue est compensée par l'apport d'une source d'énergie électrique, par exemple chauffage de la canalisation, mais ne peut remplir son rôle au-delà d'une pression de bars car, au-delà, il faudrait chauffer la canalisation de façon homogène à des températures dépassant 50 C, d'où il résulterait des problèmes possibles de sécurité, en particulier une augmentation de la pression interne de la canalisation trop importante (la pression et fonction de la température selon la loi = RT, où P = pression, V = volume , R = cte, T = température). D'autre part, delà d'une certaine température (45 C) des impuretés contenues dans les GPL (comme par exemple le butadiène) peuvent polymériser ce qui mène à des résidus visqueux pouvant s'accumuler dans les points bas des canalisations . Le but de la présente invention est alors de résoudre le problème ci- dessus, à savoir éviter ou minimiser le phénomène de reliquéfaction des GPL gazeux aux pressions supérieures à 5 bars et aux températures d'au moins 15 C. L'invention concerne alors un mélange gazeux à une température d'au moins +1 et à une pression supérieure ou égale à 5 bars comprenant du GPL sous forme gazeuse et au moins un composé gazeux choisi dans le groupe formé par choisi parmi N2, C02, H2, He, CH4, C2H4, Ar ou un mélange de N2 et d'au plus 5% de Selon le cas, le mélange gazeux de l'invention peut comprendre l'une ou plusieurs caractéristiques suivantes - à une pression comprise entre 5 bars et 12 bars, préférence comprise entre 7 bars et 10 bars. - a une température comprise entre 15 et 45 C, préférence comprise entre 20 et 35 C. - composé gazeux est le dioxyde de carbone (C02), l'azote (N2), le méthane (CH4), l'hydrogène (H2) et l'éthylène (C2H4), de préférence - teneur en composé gazeux est de 3% en vol. à en vol., de préférence comprise entre 5% en vol. et 15% en vol., le reste étant du GPL gazeux des impuretés éventuelles. - est un mélange de propane (C3H$) et d'au moins un composé choisi parmi propylène (C3H6) et le butane (C4H,o). L'invention concerne aussi l'utilisation d'un mélange gazeux selon l'invention en tant que gaz combustible dans une opération de traitement thermique matériau ou d'une pièce à traiter, de préférence au moins une partie dudit mélange gazeux est mélangée avec un gaz ou un mélange gazeux comburant. De préférence, l'opération de traitement thermique est une opération projection thermique, en particulier de type HVOF, d'au moins un matériau revetement sur au moins une pièce à revêtir avec ledit matériau de revêtement. Avantageusement, le matériau de revêtement est un métal pur ou alliage métallique, un matériau composite de type W C dans une matrice métallique type Co, un matériau céramique, plastique, ou un mélange de différents matériaux. L'invention porte aussi sur un procédé de fabrication d'un mélange gazeux selon l'invention, dans lequel (a) on vaporise du GPL par chauffage à une température d'au moins +1 et à une pression d'au moins 5 bars, et (b) on injecte ensuite dans le GPL gazeux obtenu à l'étape (a) au moins additionnel choisi parmi le dioxyde de carbone (C02), l'azote (N2), le méthane (CH4), l'hydrogène (H2) et l'éthylène (C2H4), l'argon (Ar), l'hélium (He), ou mélange gazeux contenant de l'azote et de l'oxygène, la teneur en oxygène étant plus 5% en vol. et le reste étant de l'azote, de manière à obtenir un mélange gazeux homogène. En d'autres termes, la solution de la présente invention consiste augmenter artificiellement la distance entre deux molécules de GPL pressions considérées, en ajoutant aux GPL gazeux au moins un gaz compressible, non liquéfiable aux températures classiques, c'est-à-dire de l'ordre de - 40 C, à l'exclusion de tout gaz ou composé pouvant être comburant car, pour raisons évidentes de sécurité, le gaz combustible ne doit pas être mélangé dans la canalisation avec un gaz comburant. Ce ou ces gaz additionnels peuvent etre notamment C02, N2, H2, CH4, C2H4.... L'invention va maintenant être décrite plus en détail à l'aide d'exemples comparatifs, donnée à titre illustratif mais non limitatif. Exemples On constate que, pour des teneurs en gaz d'addition supérieures à 5%, phénomène de liquéfaction du GPL se trouve réduit, à savoir pour environ 7 a de N2, la pression du GPL dans une canalisation isolée de façon classique (25- température de parois) peut atteindre facilement 10 bars sans liquefaction même partielle du GPL. contrepartie, la puissance de chauffe du mélange N2+GPL peut se trouver légèrement diminuée, compte tenu de la présence de N2 qui peut absorber une partie de l'énergie de combustion au niveau du brûleur. contre, on constate que le GPL, en particulier le propane commercial qui est composition variable, notamment un mélange de C3H$ 1C3H6, C3H8IC4H,o principalement, avec des teneurs variables en C3H6 et C4H,o, se trouve homogeneisé au niveau de ses performances de chauffe. lieu d'utiliser un gaz " inerte ", on peut aussi utiliser un combustible gazeux comprimé. Ainsi, l'hydrogène ou l'éthylène permettent de remplir les fonctions décrites ci-dessus, c'est-à-dire que des teneurs entre 5 et 10% sont suffisantes pour retarder liquéfaction du GPL au-delà de 7 bars de pression. Selon la présente invention, le mélange gazeux GPL et gaz d'addition peut être obtenu ou fabriqué selon le procédé suivant. est d'abord vaporisé (gazéifié) soit par évaporation naturelle, soit par vaporisateur (bain-marie, ....) ou tout autre moyen approprié, à la pression requise pour l'application (>_ 5 bars). Apres vaporisation à la pression requise, on injecte par un moyen approprie diluant retardateur de liquéfaction, par exemple , par injection type venturi ou injection perpendiculaire au flux de GPL pour une meilleure homogenéisation du mélange GPL et gaz additionnel. Ensuite, le mélange gazeux est envoyé vers la canalisation système d'injection peut comporter des clapets anti-retour éventuellement un système de régulation de la pression et du débit en fonction la pression d'alimentation du GPL L'utilisation d'azote en tant que gaz additionnel présente l'avantage pouvoir, outre, inerter la canalisation lors d'un arrêt prolongé de l'installation augmente ainsi le degré de sécurité de l'ensemble, étant donné qu'il n'y a pas combustible stocke sous pression dans la canalisation et donc pas de fuite gaz combustible. D'autre l'azote peut être réchauffé par un moyen approprie (par exemple passage l'azote à pression plus élevée que la pression du à travers un détendeur réchauffeur avec une variation de pression entre l'entree et la sortie d'au moins bars) à une température entre 30 C et 50 C avant injection afin de limiter le chauffage de la canalisation. Cependant, l'utilisation d'un gaz additionnel combustible, tel l'hydrogène, comme diluant et retardateur de liquéfaction présente l'avantage de maintenir voire augmenter la puissance de chauffe du GPL. Revendications 1. Mélange gazeux à une température d'au moins + 1 et à une pression supérieure ou égale à 5 bars comprenant du GPL sous forme gazeuse et au moins un composé gazeux choisi dans le groupe formé par choisi parmi N2, C02, H2, CH4, C2H4, Ar ou un mélange de N2 et d'au plus 5% de Mélange gazeux selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est a une pression comprise entre 5 bars et 12 bars, de préférence comprise entre 7 bars et 0 bars. Mélange gazeux selon l'une des revendications 1 ou caractérisé en ce qu'il a une température comprise entre 15 et 45 C, de préférence comprise entre et 35 C. Mélange gazeux selon l'une des revendications 1 à caractérisé en ce que le composé gazeux est le dioxyde de carbone (C02), l'azote (N2), le méthane (CH4), l'hydrogène (H2) et l'éthylène (C2H4), de préférence N2. Mélange gazeux selon l'une des revendications 1 à caractérisé en ce que la teneur en composé gazeux est de 3% en vol. à 20% en , de préférence comprise entre 5% en vol. et 15% en vol., le reste étant du gazeux et des impuretés éventuelles. Mélange gazeux selon l'une des revendications 1 à caractérisé en ce que le est un mélange de propane (C3H$) et d'au moins un composé choisi parmi propylène (C3H6) et le butane (C4Hlo). Utilisation d'un mélange gazeux selon l'une des revendications 1 à 6 en tant que gaz combustible dans une opération de traitement thermique d'un matériau ou d'une pièce à traiter, de préférence au moins une partie dudit mélange gazeux selon l'une des revendications 1 à 6 est mélangé avec un gaz ou un mélange gazeux comburant. 8. Utilisation selon la revendication 7, dans laquelle l'opération de traitement thermique est une opération de projection thermique, en particulier de type HVOF, d'au moins un matériau de revêtement sur au moins une pièce à revêtir avec ledit matériau de revêtement. 9. Utilisation selon l'une des revendications 7 ou 8, dans laquelle materiau de revêtement est un métal pur ou un alliage métallique, un matériau composite de type W C dans une matrice métallique type Co, un matériau céramique, plastique, ou un mélange de ces différents matériaux. 10. Procédé de fabrication d'un mélange gazeux selon l'une revendications 1 à 6, dans lequel (a) on vaporise du GPL par chauffage à une température d'au moi +1 et à une pression d'au moins 5 bars, et (b) on injecte ensuite dans le GPL gazeux obtenu à l'étape (a) au moins additionnel choisi parmi le dioxyde de carbone (C02), l'azote (N2), le méthane (CH4), l'hydrogène (H2) et l'éthylène (C2H4), l'argon (Ar), l'hélium (He), ou melange gazeux contenant de l'azote et de l'oxygène, la teneur en oxygène étant plus 5% en vol. et le reste étant de l'azote, de manière à obtenir un mélange gazeux homogène.