Procédé et installation pour fournir de l'anhydride carbonique sous haute pression

Abstract

 Du CO₂ liquide, stocké à -20°C, 20 bars, est transféré par simple gravité dans un récipient intermédiaire (3) pour le remplir totalement. Il est ensuite chauffé jusqu'à la température ambiante, mis en équilibre avec du CO₂ gazeux à la pression d'équilibre correspondante, sous-refroidi par une pompe (5) et envoyé à l'aspiration de la pompe haute pression (6).
Application à la fourniture de CO₂ liquide sous une pression de l'ordre de 80 à 130 bars.

Description

[0001] La présente invention est relative à un procédé pour fournir de l'anhydride carbonique sous haute pression au moyen d'une pompe haute pression, à partir d'un réservoir de stockage d'anhydrique carbonique liquide à une température inférieure à la température ambiante. Elle s'applique par exemple à la fourniture de C0₂ sous une pression de l'ordre de 80 à 130 bars.

[0002] Une technique classique pour obtenir du 00₂ sous haute pression consiste à pomper le C0₂ liquide en deux temps : une pompe d'alimentation soutire le liquide, stocké généralement à -20°C, 20 bars absolus, et le porte à une pression intermédiaire qui est la pression d'aspiration de la pompe haute pression. Par suite, la pompe d'alimentation travaille en froid, dans des conditions sévères, et se couvre de glace, ce qui rend malaisées les interventions sur cette pompe.

[0003] L'invention a pour but de fournir une technique simple et fiable supprimant cet inconvénient. A cet effet, elle a pour objet un procédé du type précité, caractérisé en ce que :

- on remplit totalement un récipient intermédiaire d'anhydride carbonique liquide provenant du réservoir de stockage, ce remplissage s'effectuant par simple gravité ;

- on amène le contenu du récipient intermédiaire à une température voisine de la température ambiante ; et

- tout en maintenant le récipient intermédiaire à la même température, on soutire du liquide de ce récipient intermédiaire, on le sous-refroidit et on l'amène à l'aspiration de la pompe.

[0004] Suivant des caractéristiques avantageuses de l'invention :

- avant de soutirer le liquide du récipient intermédiaire, on met ce récipient en communication avec une source auxiliaire d'anhydride carbonique gazeux à la pression d'équilibre liquide-vapeur de l'anhydride carbonique à ladite température ;

- on utilise came source auxiliaire d'anhydride carbonique gazeux une bouteille contenant de l'anhydride carbonique liquide et maintenue à ladite température ;

- on règle en permanence le débit de la pompe haute pression en comparant sa pression de refoulement à une pression de consigne et en modifiant le débit de la pompe dans le sens qui tend à annuler l'écart entre ces deux pressions.

[0005] L'invention a également pour objet une installation destinée à la mise en oeuvre d'un tel procédé. Cette installation, du type comprenant un réservoir de stockage d'anhydride carbonique liquide à une température intérieure à la température ambiante, une pompe haute pression et des moyens pour alimenter cette pompe en anhydride carbonique liquide à partir du réservoir, est caractérisée en ce qu'elle comprend :

- un récipient intermédiaire entièrement situé au-dessous du niveau minimal du liquide dans le réservoir et relié aux parties inférieure et supérieure de ce réservoir ;

- des moyens de chauffage de ce récipient intermédiaire régulés sur une température voisine de la température ambiante ; et

- une conduite reliant le récipient intermédiaire à l'aspiration de la pompe et pourvue de moyens de sous-refroidissement du liquide qu'elle véhicule.

[0006] Des exemples de réalisation de l'invention vont maintenant être décrits en regard des dessins annexés, sur lesquels :

- la figure 1 est une vue schématique d'une installation conforme à l'invention ; et

- la figure 2 est une vue analogue d'une variante de cette installation. L'installation représentée à la figure 1 est destinée à fournir par une conduite d'utilisation 1 du CO₂ liquide sous une haute pression régulée qui est par exemple de l'ordre de 80 à 130 bars, au voisinage de la température ambiante. Elle comprend essentiellement un réservoir 2 de stockage de C0₂ liquide à - 20°C, 20 bars absolus, de grande capacité, deux récipients intermédiaires 3 de capacité très inférieure, par exemple de l'ordre de 100 litres, une bouteille de CO₂ liquide 4, deux pompes centrifuges d'alimentation 5, associées respectivement aux récipients 3, une pompe haute pression 6, du type volumétrique à membrane, munie d'un dispositif de régulation 7, un accumulateur 8 et un dispositif 9 de sous-refroidissement du liquide haute pression.

[0007] Les récipients 3 sont disposés entièrement à un niveau inférieur au niveau minimal du liquide dans le réservoir 2, en pratique entièrement au-dessous du fond de ce réservoir. La partie supérieure du réservoir est reliée en parallèle aux deux récipients 3 par des conduites 10, et la partie inférieure du réservoir est reliée en parallèle à ces deux récipients par des conduites 11. La bouteille 4 est également reliée en parallèle aux deux récipients 3 par des conduites 12.

[0008] L'aspiration de la pompe 6 est reliée en parallèle aux deux récipients 3 par des conduites 13 équipées chacune d'une pompe d'alimentation 5. Une conduite 14 pourvue d'un étranglement (ou, en variante, d'un clapet taré) 15 relie le refoulement de chaque pompe 5 au récipient 3 associé.

[0009] Chaque récipient 3 est pourvu intérieurement d'une résistance chauffante 16 adaptée pour maintenir le contenu du récipient à une température constante voisine de l'ambiante, par exemple + 20°C.

[0010] L'accumulateur 8 est divisé en deux chambres par une membrane ; l'une de ces chambres est reliée à une bouteille 17 contenant un gaz auxiliaire, par exemple de l'azote, sous la haute pression désirée (pression de consigne), et l'autre chambre est reliée au refoulement de la pompe 6. La conduite d'utilisation 1 part de l'entrée de cette dernière chambre.

[0011] Le dispositif de régulation 7 comprend un capteur de pression différentielle 18 qui mesure la pression de consigne et la pression de refoulement de la pompe 6. Il envoie à un convertisseur de fréquence 19 un signal représentatif de l'écart entre ces deux pressions, et le convertisseur de fréquence règle en fonction de ce signal la vitesse du moto-réducteur 20 d'entraînement de la pompe 6 et/ou la course de son piston, en l'augmentant ou en la diminuant suivant que la pression de refoulement est inférieure ou supérieure à la pression de consigne.

[0012] Les récipients 3, les bouteilles 4 et 17, les pompes 5 et 6 et l'accumulateur 8 sont disposés dans un local 21 dont la température est maintenue en permancence à la valeur précitée de + 20°C. A sa sortie de ce local, la conduite 1 est refroidie de quelques degrés, par exemple jusqu'à +10 à +15°C, par le dispositif 9. Ce dispositif comprend une chemise 22 entourant la conduite 1, un conditionneur d'eau 23 et un circuit de circulation comportant une pompe 24 et adapté pour faire circuler l'eau à contre-courant du CO₂ dans la chemise 22.

[0013] Par ailleurs, la partie supérieure du réservoir 2 est reliée à l'aspiration et au refoulement de la pompe 6 par des conduites 25, et les conduites 1, 10 à 13 et 25 sont pourvues d'électrovannes permettant le fonctionnement de l'installation, qui va maintenant être décrit.

[0014] Au départ, on purge tous les circuits par du CO₂ gazeux à -20°C, 20 bars au moyen des conduites 10, 13, 14 et 25, puis, les électrovannes des conduites 10 restant ouvertes et celles des conduites 12, 13 et 25 étant fermées, on ouvre les électrovannes des conduites 11. Ainsi, par simple gravité, les récipients 3 se remplissent entièrement de liquide, les pompes 5 sont noyées, et le liquide monte jusqu'à un niveau supérieur à celui des électrovannes des conduites 10 et 11.

[0015] Après fermeture de ces quatre électrovannes, on met en marche les résistances 16, ce qui porte le liquide contenu dans les récipients 3 à +20°C, avec une augmentation correspondante de pression mais sans tension de vapeur.

[0016] On ouvre alors les électrovannes des conduites 12, ce qui met le liquide contenu dans les deux récipients 3 en équilibre avec sa vapeur, à +20°C, 58 bars absolus, et l'on met en marche les pompes 5. Comme les électrovannes des conduites 13 sont fermées, il se crée dans celles-ci, grâce à la présence des étranglements 15, une pression plus élevée, par exemple de l'ordre de 70 bars. Le 00₂ liquide est donc sous-refroidi, ce qui assure une alimentation monophasique de la pompe haute pression 6.

[0017] On ouvre ensuite l'électrovanne d'une des conduites 13, et l'on met en marche la pompe haute pression 6. Celle-ci délivre du CO₂ liquide sous haute pression dans l'accumulateur 8 et dans la conduite 1, laquelle est purgée du CO₂ gazeux qu'elle contenait, et la pression augmente dans la conduite 1 jusqu'à la valeur souhaitée. On peut alors ouvrir la vanne de fermeture de cette conduite 1 et utiliser le CO₂ liquide. Ce liquide, pendant son passage dans la conduite 1, est sous-refroidi par le dispositif 9 à sa sortie du local 21, ce qui assure au départ la recondensation du CO₂ gazeux pouvant se trouver dans la conduite 1, puis une distribution liquide monophasique.

[0018] Dès qu'il y a consommation de C0₂ haute pression, le niveau du liquide baisse dans le récipient 3 en service. Dans ce dernier, le liquide, constamment chauffé à +20°C, se vaporise, de sorte que la pression est maintenue à 58 bars sans consommation du C0₂ contenu dans la bouteille 4.

[0019] La haute pression est maintenue à une valeur constante par régulation du débit de la pompe 6 au moyen du dispositif 7, de la manière décrite plus haut. De plus, grâce à la présence de l'accumulateur 8, les pulsations de la pompe 6 ne se ressentent pas dans la conduite 1.

[0020] Lorsque le récipient 3 en service est presque vide (ce qui peut se déterminer par une minuterie lorsque l'installation fonctionne en continu), on commute les électrovannes des conduites 13, ce qui met l'autre récipient 3 en service, on arrête la pompe 5 du premier récipient 3, et l'on procède à son remplissage par gravité en CO₂ liquide à partir du réservoir 2, comme précédemment, après équilibrage des pressions par la conduite 10 associée.

[0021] L'installation de la figure 2 ne diffère de celle de la figure 1 que par la manière dont le liquide est sous-refroidi à sa sortie des récipients 3. En effet, dans ce cas, au lieu d'augmenter sa pression à température constante, on diminue sa température à pression constante. Pour cela, les pompes 5, les conduites de retour 14 et leurs étranglements 15 sont supprimés, et chaque conduite 13 traverse un échangeur de chaleur 26 refroidi à contre-courant par l'eau fourni par le dispositif 9 et branché en série avec la chemise 22, en amont de celle-ci.

[0022] Il est à noter que tout ou partie du CO₂ liquide contenu dans la conduite 1 peut être éventuellement vaporisé pour être utilisé à l'état gazeux.

Revendications

1. Procédé pour fournir de l'anhydride carbonique sous haute pression au moyen d'une pompe haute pression (6), à partir d'un réservoir (2) de stockage d'anhydrique carbonique liquide à une température inférieure à la température ambiante, caractérisé en ce que :

- on remplit totalement un récipient intermédiaire (3) d'anhydride carbonique liquide provenant du réservoir de stockage (2), ce remplissage s'effectuant par simple gravité ;

- on amène le contenu du récipient intermédiaire à une température voisine de la tenpérature ambiante ; et

- tout en maintenant le récipient intermédiaire à la même température, on soutire du liquide de ce récipient intermédiaire, on le sous-refroidit et on l'amène à l'aspiration de la pompe (6).

2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'avant de soutirer le liquide du récipient intermédiaire (3), on met ce récipient en communication avec une source auxiliaire (4) d'anhydride carbonique gazeux à la pression d'équilibre liquide-vapeur de l'anhydride carbonique à ladite température.

3. Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce qu'on utilise comme source auxiliaire d'anhydride carbonique gazeux une bouteille (4) contenant de l'anhydride carbonique liquide et maintenue à ladite température.

4. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'on règle en permanence le débit de la pompe haute pression (6) en comparant sa pression de refoulement à une pression de consigne et en modifiant le débit de la pompe dans le sens qui tend à annuler l'écart entre ces deux pressions.

5. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'on sous-refroidit le liquide soutiré en augmentant sa pression au moyen d'une pompe auxiliaire (5).

6. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'on utilise un fluide de refroidissement maintenu à une température inférieure à ladite température, notamment de l'eau, pour sous-refroidir d'une part le liquide soutiré du récipient intermédiaire (3), d'autre part le liquide refoulé par la pompe haute pression (6).

7. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'on utilise en alternance deux récipients intermédiaires (3).

8. Installation pour fournir de l'anhydride carbonique sous haute pression, du type comprenant un réservoir (2) de stockage d'anhydride carbonique liquide à une température inférieure à la température ambiante, une pompe haute pression (6) et des moyens (3, 4, 13) pour alimenter cette pompe en anhydride carbonique liquide à partir du réservoir, caractérisée en ce qu'elle comprend :

- un récipient intermédiaire (3) entièrement situé au-dessous du niveau minimal du liquide dans le réservoir (2) et relié aux parties inférieure et supérieure de ce réservoir ;

- des moyens (16) de chauffage de ce récipient intermédiaire régulés sur une température voisine de la température ambiante ; et

- une conduite (13) reliant le récipient intermédiaire à l'aspiration de la pompe (6) et pourvue de moyens (5 ; 26) de sous-refroidissement du liquide qu'elle véhicule.

9. Installation suivant la revendication 8, caractérisée en ce qu'elle comprend une source auxiliaire (4) d'anhydride carbonique gazeux sous la pression d'équilibre liquide-vapeur de l'anhydride carbonique à ladite température, reliée au récipient intermédiaire (3).

10. Installation suivant l'une des revendications 8 et 9, caractérisée en ce qu'elle comprend une source (17) de gaz auxiliaire sous ladite haute pression, un capteur de pression différentielle (18) mesurant la différence entre la pression de ce gaz et celle du liquide refoulé par la pompe haute pression (6), et un convertisseur de fréquence (19) recevant dudit capteur un signal représentatif de l'écart entre les deux pressions et réglant en fonction de ce signal le débit de la pompe.

11. Installation suivant l'une quelconque des revendications 8 à 10, caractérisée en ce que les moyens de sous-refroidissement comprennent une pompe auxiliaire (5).

12. Installation suivant l'une quelconque des revendications 8 à 10, caractérisée en ce qu'elle comprend un circuit (9) d'eau maintenu à une température inférieure à ladite température, en relation d'échange thermique d'une part avec le liquide soutiré du récipient intermédiaire (3), d'autre part avec la conduite (1) de délivrance de l'anhydride carbonique liquide sous haute pression.

13. Installation suivant l'une quelconque des revendications 8 à 12, caractérisée en ce qu'elle comprend deux récipients intermédiaires (3) fonctionnant en alternance et interposés en parallèle entrele réservoir de stockage (2) et la pompe haute pression (6).

Dessins