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Procédé pour la production d'anhydride carboni- que solide.'
La présente invention concerne la production de l'anhydride carbonique solide sous forme de blocs ou sous forme de neige.
L'anhydride carbonique peut être produit par différentes méthodes, parmi lesquelles on peut citer la combustion du coke dans un excès d'air, l'air étant en ex- cès dans le but d'éviter la présence de l'oxyde de carbone.
Les produits de cette combustion consistent en anhydride carbonique et azote, avec une petite quantité d'oxygène, due au fait que l'air est en excès. L'anhydride carboni- que est séparé par absorption dans une solution de soude , de laquelle on l'extrait par la chaleur.
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En général, pour obtenir de la glace carboni- que l'anhydride est comprimé dans un compresseur à mul- tiple effet, et, par expansion d'une partie de l'anhydri- de, le reste est congelé comme neige carbonique.
L'objet de la présente invention est de permet- tre la production d'anhydride carbonique solide, quelle que soit son origine, sans se servir d'un compresseur à effet multiple, qui est une machine coûteuse, et avec une dépense d'énergie bien inférieure à celle d'un sem- blable compresseur.
Dans ce but, pour solidifier l'anhydride carbo- nique d'après la présente invention, on absorbe avec une machine frigorifique à absorption la chaleur latente d'é- vaporation de cet anhydride.
L'emploi d'une machine frigorifique à absorp- tion dans ce but, offre des avantages par rapport aux au- tres types de machines frigorifiques soit comme encombre- ment, soit comme économie de service.
En général l'anhydride carbonique est maintenu à une pression supérieure à celle de son point triple, dans la machine frigorifique, de sorte qu'il passe par l'état liquide avant de se solidifier à l'intérieur ou à l'extérieur de ladite machine. Cela évite le dépôt de . neige carbonique dans la machine et la difficulté d'enle- ver ladite neige. Le point critique de l'anhydride car- bonique (ce point de température et de pression où les états gazeux - liquide - solide peuvent coexister en équi- libre thermo-dynamique) est à -56 6 C. et 5,28 kilogram- mes par centimètre carré.
L'anhydride carbonique peut être maintenu au- dessus du point critique ou triple soit par rapport à la pression et à la température, soit par rapport à l'une ou l'autre seulement.
Par exemple, l'anhydride carbonique gazeux peut être comprimé dans un compresseur à simple effet à 6 kilogs par centimètre carré (6 atmosphères absolues)
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et refroidi dans une machine frigorifique à absorption à -53 C environ, et alors l'anhydride est liquéfié.
L'anhydride liquide à -53 C passe alors dans une région à la pression atmosphérique, et une partie s'évapore en se détendant et en abaissant la température à -78,9 C. qui est la température de congélation de l'anhydride à la pression atmosphérique. A cette température de -78,9 C environ 58% de l'anhydride se solidifie en forme de neige et 42% s'évapore et passe à l'état gazeux.
La neige carbonique peut être comprimée en blocs de glace carbonique par pression mécanique.
On peut aussi refroidir à -60 C l'anhydride carbonique comprimé à 4 atm. absolues, et à cette tempéra- ture et pression l'anhydride se congèle comme neige sans passer par l'état liquide. Si l'on détend la pression à la pression atmosphérique la température se réduit à -78 9 C par évaporation de 5 % de la neige.
Dans une autre variante, avec une machine fri- gorifique donnant une température de -60 C, l'anhydride carbonique à 6 atmosphères peut être refroidi aux envi- rons de sa température de liquéfaction et envoyé encore gazeux à des mouleaux de congélation à ladite pression, mouleaux réfrigérés à -60 par la dite machine. Dans ces mouleaux l'anhydride carbonique se congèle en forme de glace, en passant pour un temps très court par l'état li- quide, et il se forme des blocs compacts de haute densité.
Dans une autre variante avec une machine frigo- rifique à absorption qui donne une température de -80 C, l'anhydride carbonique peut être congelé directement com- me neige à la pression atmosphérique dans la machine même, et la neige peut être recueillie, par exemple en la ra- clant, et comprimée en blocs solides. Puisque dans ce cas, l'anhydride est au-dessous du point critique il n'y a pas de passage par l'état liquide.
Une température aussi basse que -80 C peut être
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obtenue dans une machine frigorifique à absorption du type à résorption dans lequel l'évaporation se fait à partir d'une solution très concentrée qui ne congèle pas à cette température, au lieu de l'évaporation à partir d'ammoniac anhydre liquide, qui se congèle à -77 C.
Au lieu de comprimer l'anhydride carbonique dans un compresseur mécanique on peut l'engendrer à la pression voulue, par exemple en l'expulsant par la cha- leur d'une solution de soude sous pression dans laquel- le il a été absorbé au préalable.
Les méthodes susdites n'ont pas seulement l'avantage de supprimer les compresseurs à effet multi- ple et d'éviter la dépense d'une grande quantité d'éner- gie mécanique, mais elles offrent aussi la possibilité que la chaleur nécessaire pour chauffer la machine fri- gorifique à absorption et celle nécessaire pour extraire l'anhydride de la solution de soude peuvent être fournies par la combustion du coke nécessaire pour la production de l'anhydride même. Cette même chaleur peut être em- ployée aussi pour une machine à vapeur actionnant le compresseur à simple effet.
On estime que dans un compresseur à triple effet il faut comprimer 263 kilogrammes par heure de C02 gazeux pour obtenir la solidification de 38 %, soit 100 kgs de neige carbonique, et cette compression deman- de 40 HP ; contre avec la première méthode suivant la présente invention, 100 kgs de neige carbonique par heure peuvent être obtenus en comprimant 175 kilogs de gaz à 6 atmosphères et en congelant le 57 % avec un tra- vail de 10,5 HP. Avec la seconde méthode, 100 Kgs de neige carbonique par heure sont obtenus avec une puis- sance de 4,5 HP, 95 % du gaz comprimé passant à l'état solide.
L'anhydride détendu à -78f9 C est ramené au
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compresseur, après avoir absorbé une partie de la chaleur du gaz comprimé à 6 ou 4 atmosphères, et est dirigé vers l'évaporateur de la machine frigorifique, ce qui a lieu à travers un échangeur de température.
Des installations pour la réalisation de l'inven- tion sont illustrées, à titre d'exemples, dans les dessins annexés. Dans ces' dessins :
La fig. 1 est une coupe verticale schématique. d'une installation pour la production de neige carbonique avec un compresseur à simple effet et une machine frigori- fique à absorption.
La fig. 2'est une coupe verticale schématique d'une installation pour produire de la glace carbonique avec une machine frigorifique à absorption et une chaudiè- re qui fournit l'anhydride carbonique sous la pression né- cessaire pour le présent procédé.
Dans la fig. 1, a est le foyer d'une chaudière à vapeur b. Les produits de la combustion du coke dans le foyer a passent par un tuyau .± dans un "scrubber" d, où l'eau et d'autres composants condensables des dits gaz sont éliminés par condensation, et les gaz sont épurés aus- si des poussières et autres impuretés. L'anhydride carbo- nique et l'azote, qui,constituent le résidu non absorbé des produits de la combustion, passent du scrubber d, à travers le tuyau e, à la colonne d'absorption f, où l'anhydride carbonique est absorbé par une pluie de solu- tion de soude. L'azote s'échappe par la cheminée fl.
La solution de soude, ayant dissout l'anhydride carbonique, descend par le tuyau g1, à travers un échan- geur g2 à un distributeur g3 dans le haut de la cham- bre chauffée g, contenant des plateaux g4.
La solution de soude est aspirée du fond de la chambre de séparation g, par un tuyau g5 à travers l'é- changeur g2, par une pompe g6. La pompe g6 envoie la solution au distributeur f2 dans le haut de la colonne
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d'absorption
L'anhydride est expulsé de la solution de soude dans la chambre g par chauffage et ébullition, et il pas- se avec la vapeur produite en même temps, par le tuyau hl, le récupérateur h et par le tuyau il et arrive au re- froidisseur i à circulation d'eau. L'eau condensée dans le refroidisseur i est purgée par le robinet de purge 12.
Du refroidisseur i l'anhydride carbonique pas- se par le tuyau j1 au compresseur à simple effet j, où il est comprimé à 6 atmosphères absolues.
L'anhydride gazeux comprimé dans le compresseur j passe par le tuyau kl au refroidisseur à circulation d'eau k, et de celui-ci par le tuyau 11 à l'échangeur de température 1, à travers lequel passe aussi l'anhydride froid détendu, comme nous verrons par la suite.
De l'échangeur 1 l'anhydride s'en va par le tuyau m1 à la chambre frigorifique m d'une machine frigorifique 4 absorption.
Cette chambre m est indiquée comme une enve- loppe tubulaire sur le serpentin n de la machine frigo- rifique.
L'anhydride carbonique comprimé est liquéfié à la température de -53 C dans cette chambre m et re- cueilli dans le collecteur o. L'anhydride liquide re- cueilli dans le collecteur o est détendu à travers un robinet détendeur ± 1 et un distributeur p1 dans une chambre p où règne la pression atmosphérique.
Par cette détente, une partie de l'anhydride liquide s'évapore et abaisse la température à -78 ,9 C en congelant le reste en forme de neige dans la chambre p. Il se forme de la neige, au lieu de glace, parce que les gouttelettes de liquide se congelant sont séparées par le gaz qui se détend.
La neige carbonique peut être comprimée mécani-
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quement en blocs solides.
Le gaz détendu, très froid, est déchargé de Ia chambre p par le tuyau 12, à travers l'échangeur sus- mentionné 1, où il refroidit le gaz comprimé allant à la chambre de liquéfaction m.
Après avoir traversé l'échangeur 1, l'anhydri- de carbonique arrive, par le tuyau j 2, au compresseur j, qui l'aspire et le comprime ensemble avec l'anhydride arrivant aussi au dit compresseur par le tuyau jl.
Le générateur de la machine frigorifique à ab- sorption est désigné par q et n désigne sonévaporateur; r désigne le condenseur et s l'absorbeur.
Le récupérateur h, mentionné ci-dessus est pla- cé dans une partie du générateur q de la machine frigo- rifique à absorption, où la température n'est pas élevée, et la chaleur latente de condensation de l'eau mélangée à l'anhydride qui arrive par le tuyau hl, peut être uti- lisée,
La chaudière b chauffée par la combustion du coke dans le foyer a, combustion qui produit l'anhydri- de, est utilisée pour produire de la vapeur, par exemple à 2 Kgs de pression par centimètre carré.
Cette vapeur est distribuée par les tuyaux t1 aux serpentins de chauffe! placés dans le séparateur g et dans le gé- nérateur q de la machine frigorifique à absorption L'eau condensée tombe dans le puits u à travers les tuyaux u1, où elle est aspirée par une pompe v qui, par le tuyau b1, la renvoie dans la chaudière b.
La chaudière b produit de la vapeur en quan- tité suffisante pour actionner un moteur à vapeur, si la pression est maintenue à une valeur suffisante, et en- traîner le compresseur j. Si par hasard il y avait dans ce cas un excès de production d'anhydride carboni- que, on déchargerait cet excès par la cheminée f1,
L'installation illustrée par -la fig. 2 est
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différente de celle de la fig. 1, principalement du fait que la pression de l'anhydride carbonique au-delà du point critique est maintenue par la chaudière même b et l'anhydride est solidifié en blocs de glace dans des mouleaux réfrigérés par la machine frigorifique à absorp- tion.
Dans l'installation que montre la fig. 2, la solu- tion de soude qui a absorbé l'anhydride carbonique dans la colonne d'absorption f, est forcée par la pompe u2 à travers l'échangeur g2 et le tuyau v dans la chau- dière b, où l'anhydride carbonique est expulsé de la soude sous la pression de 6 atmosphères absolues. La so- lution de soude appauvrie dans la chaudière b par le tuyau w arrive à l'échangeur g2, et de là elle retour- ne au distributeur en haut de la colonne f.
L'anhydride carbonique gazeux et la vapeur en- gendrée dans la chaudière b sont admis par le tuyaux au serpentin de chauffe t du générateur q. L'eau con- densée dans le serpentin t passe au collecteur y et de là, par le tuyau et le robinet régulateur z1, elle ar- rive à l'échangeur g2, où elle se mélange avec la solu- tion de soude pauvre allant de la chaudière b au distri- buteur f2 en haut de la colonne d'absorption f.
L'anhydride carbonique gazeux à 6 atmosphères, contenant des résidus de vapeur d'eau, arrive par le tuyau 1 au refroidisseur 2, refroidi par circulation d'eau, où la vapeur résiduelle est condensée, et le condensat est évacué. par le purgeur 3. L'anhydride carbonique gazeux arrive par le tuyau 4 à la première partie 5 du refroi- disseur préalable, qui entoure le serpentin évaporateur n de la machine frigorifique à absorption. Dans ce refroi- disseur 5, l'anhydride est refroidi à la température de -15 à -20 C et ainsi toute trace d'humidité est congelée et séparée du gaz carbonique. Ce refroidisseur préalable 5 peut être doublé, de sorte que l'un est utilisé pour congeler l'humidité, tandis que le givre formé aU préalable
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dans l'autre; fond et est purgé à l'état liquide.
L'anhydride carbonique à 6 atmosphères absolues quitte la première partie 5 du refroidisseur préalable et passe dans la seconde partie 6 où il est refroidi vers -55 C, température qui correspond au point de li- quéfaction à 6 atmosphères. L'anhydride refroidi est, admis par une série de robinets d'évacuation 7 dans une série de rangées de mouleaux 8. Ces mouleaux 8 sont réfrigérés par l'évaporateur 9 de la machine-fri- gorifique à absorption, à la température de -60 C ou à une température encore plus basse.
L'anhydride carbonique est toujours à la pres- sion de 6 atmosphères absolues, qui est supérieure à celle du point critique, il se solidifie donc dans les mouleaux 8, en passant momentanément à travers l'état liquide, et en produisant des blocs solides et de grande densité.
Lorsque les mouleaux 8 sont remplis totale- ment ou partiellement de blocs de glace carbonique, les robinets d'évacuation 7 sont fermés et la pression est réduite graduellement à la pression atmosphérique. Envi- ron 5% de l'anhydride solide s'évapore et par ce fait la température du reste s'abaisse jusqu'au point de'su- blimation de l'anhydride carbonique à pression atmosphé- rique soit à -78, 9 C.
Les blocs d'anhydride carbonique solide, glace sèche, sont alors enlevés des mouleaux, et passent à la livraison, ou au conservateur.
L'eau est livrée aux différentes parties des installations et au scrubber d, par les tuyaux 10.