Procédé pour modifier les proportions relatives des constituants d'un mélange gazeux. L'invention a pour objet un procédé pour modifier les proportions relatives des consti tuants d'un mélange gazeux, dans lequel on produit un écoulement continu dudit mélange dans des tubes à parois diffusantes disposés dans une chambre à parois non diffusantes, hors de laquelle le mélange ayant traversé les parois des tubes est aspiré, tandis que la teneur du mélange restant dans les tubes, en constituants phis denses,
augmente à mesure qu'il avance dans les tubes, caractérisé en ce que, depuis l'entrée du mélange à traiter jus qu'% la sortie de la partie du mélange restée dans les tubes, enrichie en constituants plus denses, cette partie du mélange s'écoule direc tement sans trajet rétrograde, tandis que la partie qui traverse les parois des tubes est recueillie dans deux capacités successives séparées, établies de manière que, dans la seconde,
la fraction de mélange diffusée sur la longueur des tubes présente une tcseur en constituants denses au moins égale à celle du mélange initial, ladite fraction étant ra- menée,à l'entrée de l'appareil diffuseur pour remplacer un égal volume du mélange initial.
L'invention trouvera son application pour enrichir en oxygène l'air de combustion des tiné aux moteurs, gazogènes, etc., ou encore pour enrichir en anhydride carbonique les mélanges d'azote et d'anhydride carbonique tels que ceux constitués par les fumées ou gaz d'échappement des moteurs.
Dans le cas où l'on traite l'air atmosphé rique, le procédé de l'invention permettra d'enrichir l'air en oxygène ou même de sépa rer l'oxygène de l'azote. L'enrichissement de l'air en oxygène par le procédé de - l'inven tion permettra, par exemple, de suralimenter les foyers tels que ceux des gazogènes sans accroître la vitesse de circulation de l'air ou d'accroître le poids d'oxygène contenu dans la cylindrée d'un moteur à combustion in- terne, sans (comme on le fait d'ordinaire) accroître la pression d'admission de l'air:
Le procédé de l'invention est basé sur le fait que lorsqu'un mélange sec de plusiéurs gaz se diffuse à travers une paroi poreuse, on se trouve en présence d'un phénomène moléculaire, sélectif, et le débit en volume, dans l'unité de temps, est, pour chaque gaz du mélange: 10 .directement proportionnel à la diffé rence des pressions partielles du gaz, de part et d'autre de la parai poreuse; 20 inversement proportionnel à la racine carrée de la densité du gaz considéré.
La composition volumétrique du mélange restant dans les tubes se modifie donc, à mesure que se produit la diffusion.
Si l'on veut maintenir .intérieurement, d'un bout à l'autre des tubes diffuseurs, une vitesse de circulation peu variable, il faut tenir compte que, par suite de la diffusion, le volume du gaz diminue de plus en plus, et réduire en conséquence progressivement leur section de passage. On y parviendra, de façon approchée, par exemple en divisant, en plusieurs parties, la longueur totale de diffu sion, et en réduisant, d'une partie à la sui vante, soit le nombre des tubes diffuseurs, soit le diamètre de ceux-ci, soit en combinant ces deux moyens-.
Pour obtenir une valeur un peu impor tante de l'accroissement de la proportion de l'un des gaz du mélange, par exemple du rapport entre l'oxygène et l'azote, dans le cas de l'air, il faudra réduire considérable ment le volume restant.
Le tube diffuseur formant filtre à pous sières, la totalité de celles de l'air introduit se retrouvera dans le volume réduit finale ment obtenu ou sur les parois.
Il apparaît que, pour la plupart des ap plications dans lesquelles on traite de l'air, la diffusion simple ne peut se prêter prati quement qu'à de très faibles enrichissements en oxygène.
Pour échapper aux objections faites et présenter un caractère pratique certain, l'invention utilise le fait suivant: comme le mélange avançant dans les tubes s'enrichit en oxygène, il est évident que le mélange traversant la paroi est, en chaque point con sidéré, plus pauvre en oxygène que -le mé- lange à l'intérieur des tubes au point corres pondant.
Cependant, à mesure de la diffusion et par suite de l'enrichissement continu en oxygène du mélange restant dans les tubes, il arrive un moment où le mélange qui tra verse devient aussi riche en oxygène que le mélange initial à l'entrée de l'appareil, puis plus riche que lui.
Ceci permet, en récupérant le mélange qui traverse les tubes à partir du moment où il est aussi riche en oxygène que le mélange initial et en le ramenant à l'entrée de l'ap pareil pour le substituer à un égal volume de mélange initial, d'obtenir un plus grand enrichissement. en oxygène.
- La séparation de la partie du mélange à récupérer peut s'obtenir en divisant la capa cité intérieure par une simple cloison non diffusante, ou en utilisant, en série, deux appareils successifs, le mélange ayant tra versé les tubes du second étant ramené à l'ad mission du premier.
Pour un même enrichissement en oxygène, on réduit fortement le rapport entre le vo lume d'air à admettre et le volume restant.
La fraction du mélange ayant traversé les tubes diffusants et pour laquelle la te neur en constituants plus denses est moindre que celle du mélange initial, semblerait à première vue devoir être considérée comme inutilisable. Cependant, il est possible de la soumettre à son tour à une nouvelle diffu sion sélective en vue d'en tirer une partie dont la teneur en constituants plus denses atteigne ou dépasse la teneur du mélange initial. Un nouveau volume se trouvera ainsi rendu récupérable aux dépens du reliquat,
appauvri davantage.
Mais ce reliquat peut, à son tour, être enrichi par diffusion.
L'opération peut être répétée plusieurs fois dans des appareils successifs de récupé ration, de dimensions rapidement décrois santes.
En utilisant un nombre suffisant de récu pérateurs, il est possible d'obtenir, pour le mélange rejeté, une très forte teneur en azote utilisable pour certaines applications. Il est évident que le procédé est appli cable non seulement à l'air, mais à tous les mélanges gazeux. Dans le cas de mélanges d'azote et d'anhydride carbonique, gaz d'échappement, fumées, etc., il sera facile d'accroître la teneur en anhydride carbonique. Le mélange enrichi pourra servir à de très intéressantes utilisations.
Par exemple, un moteur étant alimenté par un gazogène, on prélève sur les gaz d'échappement de ce moteur, et dessèche, s'il y a lieu, une fraction pouvant être variable. On accroît, selon l'invention, la teneur en anhydride carbonique de cette fraction, la quelle est alors introduite dans la zone de réaction du gazogène.
Après. dissociation de l'anhydride carbo nique, au contact du carbone incandescent, on obtient un gaz beaucoup plus riche que si la dissociation avait eu lieu sans enrichisse ment préalable en anhydride carbonique.
' Le dessin annexé représente schématique ment, à titre d'exemple nullement limitatif, une forme possible d'exécution d'un appareil pour l'application du procédé de l'invention.
Dans un premier corps d'appareil a sont placées des cloisons non diffusantes bï-b2 qui limitent entre elles une capacité c tra versée par un faisceau de tubes d en matière diffusante, placés en parallèle, et qui débou chent au delà des cloisons b,-b, dans les fonds extrêmes e,-e2. A la siûte du premier corps a sont situés un ou plusieurs autres corps d'appareils f, semblablement constitués, mais dont les tubes diffuseurs présentent une section totale de plus en plus réduite.
Le mélange à enrichir - air par exemple - admis par la pipe 1z, arrive à la base du premier corps a, tandis que le mélange enrichi (par exemple en oxygène), est recueilli en i à l'issue du dernier corps f.
Les différents corps pourraient, du reste, être réunis en - un seul et môme appareil pourvu de cloisonnements appropriés pour délimiter les cellules successives voulues. La richesse moyenne du mélange qui, à travers la paroi'des premiers tubes d, diffuse dans la capacité c, est inférieure à celle du mélange initial, et il est aspiré latéralement en k.
Par contre, la partie du mélange restant dans les tubes d-g s'enrichit progressive ment.
La richesse moyenne en constituants plus denses de la partie du mélange qui passe à travers la paroi des tubes g, pour être recueil lie dans la capacfté c, tout en étant inférieure à celle de la partie du mélange restant dans les tubes g, devient, à partir d'un certain moment, égale puis supérieure à celle du mélange initial (admis en h).
La partie ainsi recueillie dans la capacité c, est à travers la tubulure 1, aspirée par un ventilateur n2 pour être ramenée à l'admis sion et remplacer un égal volume de mélange initial. Le ventilateur in sert, d'autre part, à refouler sous une certaine vitesse, dans un éjecteur n, la partie de mélange ainsi récupé rée, laquelle formant masse propulsante, en traîne le mélange initial introduit par la pipe h.
La partie de mélange appauvrie recueil lie en<I>k,</I> hors du premier corps diffuseur<I>a,</I> peut avantageusement, au lieu d'être rejetée à l'atmosphère, être admise dans un récupé rateur auxiliaire p pourvu de tubes diffu seurs q, dans lesquels une fraction du mé lange appauvri se trouve ramenée à la r ri chesse du mélange initial et, recueillie en r, à la sortie du récupérateur auxiliaire p, peut être introduite dans le circuit général de r6cu- pération l-n@-n.
Seule la fraction du mélange recueillie dans la capacité c#,, après passage à travers les tubes diffuseurs q de ce récupérateur auxiliaire p, est aspirée par un ventilateur s polir être définitivement rejetée à l'atmo sphère.
Le cas échéant, on pourra faire usage de plusieurs récupérateurs auxiliaires successifs placés en série, pour ne rejeter finalement à l'atmosphère qu'un volume relativement très réduit de mélange très appauvri.
Process for modifying the relative proportions of the constituents of a gas mixture. The object of the invention is a process for modifying the relative proportions of the constituents of a gas mixture, in which a continuous flow of said mixture is produced in tubes with diffusing walls arranged in a chamber with non-diffusing walls, out of which the mixture which has passed through the walls of the tubes is sucked in, while the content of the mixture remaining in the tubes, in dense phis constituents,
increases as it advances in the tubes, characterized in that, from the entry of the mixture to be treated up to the exit of the part of the mixture remaining in the tubes, enriched with more dense constituents, this part of the mixture flows directly without retrograde path, while the part which passes through the walls of the tubes is collected in two successive separate capacities, established in such a way that, in the second,
the fraction of mixture diffused over the length of the tubes has a tcseur of dense constituents at least equal to that of the initial mixture, said fraction being returned to the inlet of the diffuser apparatus to replace an equal volume of the initial mixture.
The invention will find its application for enriching the combustion air of engines, gasifiers, etc. with oxygen, or else for enriching carbon dioxide mixtures of nitrogen and carbon dioxide such as those formed by fumes or gases. engine exhaust gases.
In the case where atmospheric air is treated, the process of the invention will make it possible to enrich the air with oxygen or even to separate the oxygen from the nitrogen. The enrichment of the air with oxygen by the process of the invention will make it possible, for example, to supercharge homes such as gas generators without increasing the speed of air circulation or increasing the weight of the gas. oxygen contained in the displacement of an internal combustion engine, without (as is usually the case) increasing the intake pressure of the air:
The process of the invention is based on the fact that when a dry mixture of several gases diffuses through a porous wall, we are in the presence of a molecular phenomenon, selective, and the volume flow, in the unit of time, is, for each gas in the mixture: 10 .directly proportional to the difference in the partial pressures of the gas, on either side of the porous parai; 20 inversely proportional to the square root of the density of the gas considered.
The volumetric composition of the mixture remaining in the tubes therefore changes as the diffusion occurs.
If we want to maintain internally, from one end of the diffuser tubes to the other, a relatively variable speed of circulation, it must be taken into account that, as a result of the diffusion, the volume of the gas decreases more and more, and consequently gradually reduce their passage section. This will be achieved in an approximate fashion, for example by dividing the total length of diffusion into several parts, and by reducing, from one part to the next, either the number of diffusing tubes or the diameter of them. ci, or by combining these two means-.
To obtain a somewhat large value of the increase in the proportion of one of the gases in the mixture, for example of the ratio between oxygen and nitrogen, in the case of air, it will be necessary to reduce considerably the remaining volume.
As the diffuser tube forms a dust filter, all of the air introduced will be found in the reduced volume finally obtained or on the walls.
It appears that, for most of the applications in which air is treated, simple diffusion can practically only lend itself to very low enrichments in oxygen.
To avoid the objections made and to present a certain practicality, the invention makes use of the following fact: as the mixture advancing in the tubes is enriched with oxygen, it is obvious that the mixture passing through the wall is, at each point considered, poorer in oxygen than the mixture inside the tubes at the corresponding point.
However, as the diffusion progresses and as a result of the continued oxygen enrichment of the mixture remaining in the tubes, there comes a point when the flowing mixture becomes as oxygen rich as the initial mixture at the inlet of the tube. device, then richer than him.
This allows, by recovering the mixture which passes through the tubes from the moment it is as rich in oxygen as the initial mixture and by bringing it back to the inlet of the apparatus to replace it with an equal volume of initial mixture, to obtain greater enrichment. in oxygen.
- The separation of the part of the mixture to be recovered can be obtained by dividing the internal capacity by a simple non-diffusing partition, or by using, in series, two successive devices, the mixture having passed through the tubes of the second being brought back to the mission of the first.
For the same oxygen enrichment, the ratio between the volume of air to be admitted and the remaining volume is greatly reduced.
The fraction of the mixture which has passed through the diffusing tubes and for which the content of more dense constituents is less than that of the initial mixture, would seem at first sight to have to be considered as unusable. However, it is possible in turn to subject it to a further selective diffusion with a view to extracting a part thereof whose content of more dense constituents reaches or exceeds the content of the initial mixture. A new volume will thus be made recoverable at the expense of the remainder,
further impoverished.
But this remainder can, in turn, be enriched by diffusion.
The operation can be repeated several times in successive recovery devices, of rapidly decreasing dimensions.
By using a sufficient number of collectors, it is possible to obtain, for the rejected mixture, a very high nitrogen content which can be used for certain applications. It is obvious that the process is applicable not only to air, but to all gas mixtures. In the case of mixtures of nitrogen and carbon dioxide, exhaust gases, fumes, etc., it will be easy to increase the carbon dioxide content. The enriched mixture can be used for very interesting uses.
For example, an engine being supplied by a gasifier, a sample is taken from the exhaust gases of this engine, and a fraction which may be variable is dried, if necessary. According to the invention, the carbon dioxide content of this fraction is increased, which is then introduced into the reaction zone of the gasifier.
After. dissociation of the carbonic anhydride, on contact with the incandescent carbon, a much richer gas is obtained than if the dissociation had taken place without prior enrichment in carbon dioxide.
'The accompanying drawing schematically represents, by way of non-limiting example, a possible embodiment of an apparatus for applying the method of the invention.
In a first body of apparatus a are placed non-diffusing partitions bi-b2 which limit between them a capacity c traversed by a bundle of tubes d of diffusing material, placed in parallel, and which emerge beyond the partitions b, -b, in extreme bottoms e, -e2. At the top of the first body a are located one or more other bodies of apparatus f, similarly constituted, but the diffuser tubes of which have an increasingly reduced total section.
The mixture to be enriched - air for example - admitted by the pipe 1z, arrives at the base of the first body a, while the enriched mixture (for example with oxygen), is collected at i at the end of the last body f.
The different bodies could, moreover, be united in one and the same device provided with appropriate partitions to delimit the desired successive cells. The average richness of the mixture which, through the wall of the first tubes d, diffuses into the capacity c, is lower than that of the initial mixture, and it is sucked laterally in k.
On the other hand, the part of the mixture remaining in the tubes d-g is gradually enriched.
The average richness in denser constituents of the part of the mixture which passes through the wall of the tubes g, to be collected binds in the capacity c, while being lower than that of the part of the mixture remaining in the tubes g, becomes, from a certain moment, equal to then greater than that of the initial mixture (admitted in h).
The part thus collected in the capacity c, is through the tubing 1, sucked by a ventilator n2 to be brought back to the intake and to replace an equal volume of the initial mixture. The fan in serves, on the other hand, to deliver at a certain speed, into an ejector n, the part of the mixture thus recovered, which forming a propellant mass, drags the initial mixture introduced by the pipe h.
The depleted mixture part collected binds in <I> k, </I> outside the first diffuser body <I> a, </I> can advantageously, instead of being released to the atmosphere, be admitted into a recovered auxiliary rator p provided with diffuser tubes q, in which a fraction of the depleted mixture is returned to the strength of the initial mixture and, collected in r, at the outlet of the auxiliary recuperator p, can be introduced into the general circuit recovery ln @ -n.
Only the fraction of the mixture collected in the capacity c # ,, after passing through the diffuser tubes q of this auxiliary recuperator p, is sucked in by a ventilator s polish to be definitively rejected in the atmosphere.
Where appropriate, use may be made of several successive auxiliary recuperators placed in series, in order to finally discharge into the atmosphere only a relatively very small volume of very depleted mixture.