BE1023605B1 - Procédé et appareil pour comprimer et sécher un gaz - Google Patents

Procédé et appareil pour comprimer et sécher un gaz Download PDF

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BE1023605B1 BE2016/5461A BE201605461A BE1023605B1 BE 1023605 B1 BE1023605 B1 BE 1023605B1 BE 2016/5461 A BE2016/5461 A BE 2016/5461A BE 201605461 A BE201605461 A BE 201605461A BE 1023605 B1 BE1023605 B1 BE 1023605B1
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Abstract

Procédé dans lequel un gaz est d'abord comprimé par un compresseur (1) à plusieurs étages, puis séché par un adsorbeur (50) modulé en pression. L'adsorbeur modulé en pression comprend une première chambre (10) contenant un premier adsorbant (13). Cette première chambre est alimentée en gaz humide provenant d'une sortie du dernier étage (1c) du compresseur, et ladite chambre fournit du gaz séché à un utilisateur. L'adsorbeur modulé en pression comprend en outre une deuxième chambre (20) contenant un deuxième adsorbant (23) qui peut avoir adsorbé précédemment de l'humidité provenant du gaz. Afin de régénérer le deuxième adsorbant et de désorber l'humidité, une partie dudit gaz séché, au lieu de s'échapper dans l'atmosphère, est introduite dans la deuxième chambre, et la deuxième chambre est ventilée dans une entrée de gaz d'étage intermédiaire (5, 5a, 5b) du compresseur, ce processus améliorant ainsi le rendement d'ensemble du procédé. Un dispositif de mise en œuvre de ce procédé est également prévu.

Description

PROCÉDÉ ET APPAREIL
POUR COMPRIMER ET SÉCHER UN GAZ
Domaine de 1'invention L'invention concerne un appareil et un procédé pour comprimer et sécher un gaz. L'invention concerne plus particulièrement un appareil et un procédé pour fournir à un utilisateur, un gaz séché à une pression élevée et à un débit élevé, comme par exemple une pression supérieure à 10 bars et un débit supérieur à 1 m3/min et allant jusqu'à 100 m3/min.
Description de la technique antérieure
Des compresseurs de gaz de nombreux types sont techniquement connus. On sait également qu'un gaz comprimé, en particulier de l'air comprimé, a une teneur en humidité relativement élevée en quittant le compresseur, et qu'une telle teneur en humidité doit être éliminée ou au moins réduite avant de fournir le gaz comprimé à un utilisateur.
Plusieurs procédés ont été proposés pour sécher un gaz comprimé.
Un procédé connu consiste à refroidir le gaz comprimé, de sorte que sa teneur en vapeur d'eau se condense, après quoi l'eau liquide est purgée. De façon générale, le gaz séché doit ensuite être chauffé à nouveau, afin d'obtenir une température qui soit celle requise pour l'utilisation future dudit gaz. Bien que de tels sécheurs fonctionnent bien, ils consomment une certaine énergie et, par conséquent, réduisent le rendement total de l'appareil. Il n'est pas rare qu'un tel sécheur réfrigéré consomme de 3 % à 5 % de la consommation énergétique totale de l'appareil, notamment dans le cas d'un compresseur fonctionnant à haute pression et à haut débit, tel qu'un compresseur à plusieurs étages par exemple. De tels sécheurs réfrigérés présentent en outre de nombreux autres inconvénients : ils sont très difficiles à transporter, ils demandent une alimentation spécifique en courant électrique et des conduites spécifiques de refroidissement d'eau, ils doivent être surveillés et rechargés avec un réfrigérant qui doit satisfaire des exigences réglementaires strictes et variables dans divers pays, etc.
Un autre procédé connu consiste à adsorber la vapeur d'eau du gaz comprimé sur un déshydratant. Dans de tels sécheurs à déshydratants, le déshydratant doit cependant être régénéré ou remplacé quand il est saturé d'humidité. Deux procédés conventionnels pour régénérer un déshydratant saturé sont le procédé d'adsorption modulée en température (TSA) et le procédé d'adsorption modulée en pression (PSA).
Avec le procédé TSA, le déshydratant est régénéré en le chauffant à des températures élevées, typiquement de plus de 120°C, ce qui provoque la désorption de l'humidité adsorbée précédemment. Après cette étape, le déshydratant doit être refroidi, de préférence avec de l'air de refroidissement sec, afin d'être capable d'adsorber à nouveau, efficacement, la vapeur d'eau provenant du gaz comprimé humide.
Un tel procédé est par exemple connu d'après le brevet américain US 6221130. Ici, le déshydratant à régénérer est placé dans le flux de gaz d'un étage intermédiaire d'un compresseur à plusieurs étages, et la chaleur de ce gaz d'étage intermédiaire est utilisée pour désorber l'humidité adsorbée précédemment depuis la sortie du compresseur.
Un tel procédé a l'inconvénient qu'il utilise de l'air relativement humide pour le processus de régénération, ce qui affecte le rendement de ce processus. Le rendement de ce processus dépend en outre de la température du gaz comprimé d'étage intermédiaire, paramètre qui, généralement, ne peut pas être choisi librement car il dépend du processus de compression. Par comparaison avec le procédé PSA, qui sera détaillé ci-après, le procédé TSA est également beaucoup plus lent, à cause du temps nécessaire pour chauffer, puis refroidir le déshydratant à chaque cycle de régénération. Comme autre conséquence négative de ce qui précède, les cuves TSA, qui contiennent le déshydratant, doivent être grandes, et là où il y a de grandes cuves qui doivent résister à une pression élevée, elles doivent avoir des parois épaisses et sont très coûteuses à fabriquer.
Un compresseur utilisant un sécheur TSA est également connu d'après la publication du brevet européen EP 799635. Ici, un gaz relativement sec provenant de la sortie du compresseur est utilisé pour la régénération du déshydratant saturé, une fois que ce gaz a été d'abord chauffé en utilisant la chaleur de compression générée par le compresseur. En dehors de l'avantage d'utiliser un gaz relativement sec pour la régénération, ce procédé souffre des mêmes inconvénients que le procédé précédent.
Un compresseur utilisant séchoir TSA est également connu d'après la demande de brevet américain US2014/0190349. Ici, le gaz d'un étage intermédiaire du compresseur est séché par un séchoir TSA avant qu'une partie de celui-ci soit fourni à un prochain étage du compresseur. Une autre partie du gaz séché intermédiaire est utilisée pour la régénération du dessiccateur saturé du séchoir TSA après que ce gaz ait été tout d'abord réchauffé. Cet appareil souffre donc des mêmes inconvénients que le précédent. Il est par ailleurs à noter qu'il n'y a aucun séchage du gaz produit à la sortie du compresseur, ce qui peut aboutir à un gaz de sortie qui est trop d'humide.
Le procédé PSA n'utilise pas des changements de température, mais plutôt des changements de pression, afin de libérer l'humidité adsorbée. Typiquement, un déshydratant adsorbe l'humidité à une pression élevée. Le processus passe alors à une pression plus basse -typiquement la pression atmosphérique -, afin de désorber l'humidité adsorbée par le déshydratant. L'adsorption et la désorption peuvent fonctionner à une température presque ambiante et n'ont besoin ni d'un chauffage extérieur ni d'un refroidissement extérieur, ce qui est un avantage par rapport au processus TSA. Le procédé PSA présente toutefois l'inconvénient qu'une partie du gaz comprimé est perdue au cours du cycle de régénération. Le procédé PSA est en outre techniquement connu comme n'étant pas approprié pour sécher des gaz à des pressions élevées et/ou à des débits élevés. Résumé de 1'invention
Un but de l'invention consiste à fournir un procédé et un appareil pour comprimer et sécher un gaz, ladite invention abordant les problèmes de l'état des procédés et des appareils de la technique concernée. Un but de l'invention consiste plus particulièrement à proposer un procédé et un appareil permettant de fournir un gaz séché à une pression élevée et à un débit élevé, comme par exemple une pression supérieure à 10 bars et un débit supérieur à 1 m3/min et allant jusqu'à 100 m3/min. L'invention est définie par les revendications indépendantes. Les revendications dépendantes définissent des modes de réalisation avantageux.
Conformément à l'invention, il est proposé un procédé permettant de comprimer et de sécher un gaz, ledit procédé comprenant les étapes consistant : - à comprimer le gaz dans un compresseur à plusieurs étages ayant au moins trois étages de compresseur successifs, une entrée de gaz de premier étage, une sortie de gaz de dernier étage fournissant un gaz comprimé de dernier étage, une première partie d'étage intermédiaire fonctionnant à une première pression intermédiaire, et une deuxième partie d'étage intermédiaire fonctionnant à une deuxième pression intermédiaire qui est supérieure à la première pression intermédiaire, - à sécher le gaz comprimé de dernier étage, en l'introduisant dans une première chambre contenant un premier adsorbant régénérable, ladite première chambre fournissant, au niveau d'une sortie de gaz séché, un gaz séché destiné à un utilisateur, - à régénérer un deuxième adsorbant régénérable contenu dans une deuxième chambre, en introduisant dans ladite deuxième chambre une partie du gaz séché provenant de la sortie de gaz séché et en ventilant la deuxième chambre dans une entrée de gaz du compresseur, le procédé étant caractérisé en ce que l'étape de ventilation de la deuxième chambre comprend deux sous-étapes successives : une première sous-étape au cours de laquelle la deuxième chambre est ventilée dans une deuxième entrée de gaz d'étage intermédiaire de la deuxième partie d'étage intermédiaire, et une deuxième sous-étape au cours de laquelle la deuxième chambre est ventilée dans une première entrée de gaz d'étage intermédiaire de la première partie d'étage intermédiaire.
Ce procédé est différent du procédé de réfrigération et du procédé TSA et, par conséquent, ne fait pas apparaître les inconvénients susmentionnés de ces procédés. Le procédé conformément à l'invention fait usage du procédé PSA, mais d'une manière nouvelle et spécifique, à savoir par ventilation de la régénération de manière séquentielle dans différents étages intermédiaires du compresseur à plusieurs étages, de sorte que l'on évite des différences de pression trop importantes et/ou négatives lors de la ventilation, et de sorte que le gaz comprimé utilisé à cette fin n'est pas gaspillé par rejet dans l'atmosphère, mais est réintroduit dans le compresseur, ce qui a comme résultat un meilleur rendement total de l'appareil, par comparaison avec les procédés existants.
Dans un procédé préféré conformément à l'invention, les première et deuxième chambres sont mutuellement permutées d'une manière périodique, de sorte que l'étape de séchage du gaz comprimé de dernier étage se produit au cours d'une première période de temps dans la première chambre, tandis que l'étape de régénération du deuxième adsorbant régénérable se produit dans la deuxième chambre, et vice versa, au cours d'une deuxième période de temps.
En dehors du temps nécessaire pour permuter les première et deuxième chambres, il est possible de fournir à un utilisateur, de façon presque continue, du gaz comprimé et séché.
De façon plus préférable, l'étape de compression du gaz est une étape de compression du gaz à une pression de sortie de dernier étage qui est supérieure à 10 bars, de préférence supérieure à 20 bars, de façon plus préférable supérieure à 30 bars.
Dans chacun et n'importe lequel de ces cas, ledit gaz est de préférence de l'air. L'invention concerne également un appareil pour la mise en œuvre de ces procédés.
Brève description des dessins
Ces aspects de l'invention, et d'autres, seront expliqués plus en détail, au moyen d'exemples et en faisant référence aux dessins annexés dans lesquels :
La figure 1 montre schématiquement un appareil -cité à titre d'exemple - conformément à l'invention ;
La figure 2 montre schématiquement un exemple -cité à titre d'exemple - conformément à un mode de réalisation préféré de l'invention ;
La figure 3 montre schématiquement l'appareil de la figure 2, quand ledit appareil est dans une première phase de fonctionnement ;
La figure 4 montre schématiquement l'appareil de la figure 2, quand ledit appareil est dans une deuxième phase de fonctionnement ;
La figure 5 montre schématiquement un appareil -cité à titre d'exemple - conformément à un mode de réalisation - plus préféré - de l'invention ;
La figure 6 montre schématiquement l'appareil de la figure 5, quand ledit appareil est dans une première phase de fonctionnement ;
La figure 7 montre schématiquement l'appareil de la figure 5, quand ledit appareil est dans une deuxième phase de fonctionnement ;
La figure 8 montre schématiquement l'appareil de la figure 5, quand ledit appareil est dans une troisième phase de fonctionnement ;
La figure 9 montre schématiquement l'appareil de la figure 5, quand ledit appareil est dans une quatrième phase de fonctionnement ;
La figure 10 montre schématiquement un appareil -cité à titre d'exemple - conformément à un mode de réalisation - encore plus préféré - de l'invention ;
La figure 11 montre schématiquement un appareil -cité à titre d'exemple - conformément à un mode de réalisation - encore plus préféré - de l'invention ;
La figure 12 montre schématiquement une partie d'un appareil - cité à titre d'exemple - conformément à un mode de réalisation préféré de l'invention.
Les dessins des figures ne sont ni dessinés à l'échelle, ni proportionnés. De façon générale, des composants similaires ou identiques sont indiqués par les mêmes numéros de référence dans les figures.
Description détaillée de modes de réalisation de 1'invention
La figure 1 montre schématiquement un appareil -cité à titre d'exemple - conformément à l'invention et comprenant un compresseur de gaz à plusieurs étages (1) suivi d'un sécheur de gaz ou d'un déshumidificateur (50).
Le compresseur à plusieurs étages peut être n'importe quel type de compresseur de gaz. Comme cela est bien connu, un compresseur à plusieurs étages comprend des parties d'étages intermédiaires entre deux étages de compression adjacents quelconques, ces parties d'étages intermédiaires fonctionnant respectivement à des pressions intermédiaires croissantes.
Dans l'exemple illustré sur la figure 1, le compresseur à plusieurs étages est un compresseur à trois étages comprenant, successivement, un premier étage (la) ayant une entrée de gaz de premier étage (4) à laquelle est fourni du gaz à comprimer, ledit premier étage étant suivi d'un deuxième étage (lb) suivi d'un troisième étage (le) à partir duquel du gaz comprimé est fourni à une sortie de dernier étage (6). Le compresseur de la figure 1 a une première partie d'étage intermédiaire (lab) placée entre le premier et le deuxième étage et fonctionnant à une première pression intermédiaire, et une deuxième partie d'étage intermédiaire (lbc) placée entre le deuxième et le troisième étage et fonctionnant à une deuxième pression intermédiaire qui est supérieure à la première pression intermédiaire. Dans cet exemple, la deuxième partie d'étage intermédiaire (lbc) comprend une entrée de gaz d'étage intermédiaire (5) à laquelle peut être fourni du gaz, en plus du flux de gaz provenant d'un étage en amont, comme cela sera expliqué ci-après. L'appareil comprend en outre un sécheur (50) comportant une première chambre (10) contenant un premier adsorbant régénérable (13) et comportant une deuxième chambre (20) contenant un deuxième adsorbant régénérable (23). Les adsorbants régénérables (13, 23) sont ceux qui sont capables d'adsorber de l'humidité provenant d'un gaz, adsorbants tels que des zéolites ou de l'alumine activée ou des gels de silice par exemple.
Comme montré sur la figure 1, l'appareil comprend également une première vanne (34) et une deuxième vanne (35) , des commandes correspondantes des vannes (non illustrées) et des conduites de gaz, tous configurés pour, au cours d'une première période de temps : - connecter la première chambre (10) en série entre la sortie de gaz de dernier étage (6) et une sortie de gaz séché (40) prévue pour un utilisateur, et pour - connecter la deuxième chambre (20) en série entre ladite sortie de gaz séché (40) et au moins l'une des entrées de gaz d'étage intermédiaire, au moins au nombre de un, du compresseur à plusieurs étages.
Dans cet exemple, la deuxième chambre (20) est connectée en série entre ladite sortie de gaz séché (40) et une entrée de gaz d'étage intermédiaire (5) placée dans la deuxième partie d'étage intermédiaire (lbc) du compresseur à plusieurs étages, mais ladite chambre peut être également connectée en série entre ladite sortie de gaz séché (40) et une entrée de gaz d'étage intermédiaire placée dans la première partie d'étage intermédiaire (lab) du compresseur à plusieurs étages.
Avec une telle configuration, du gaz humide, qui est fourni par le dernier étage (le) du compresseur, peut être séché par le premier adsorbant régénérable de la première chambre (10), pour fournir un gaz séché à un utilisateur, tandis qu'une partie dudit gaz séché peut être réintroduite dans la deuxième chambre (20), pour régénérer le deuxième adsorbant régénérable. Un débit se produisant au niveau de la sortie de gaz séché peut, dans cet exemple, être régulé par la première vanne (34), tandis qu'un débit de gaz séché réintroduit dans la deuxième chambre (20) peut être régulé par la deuxième vanne (35). Typiquement, une quantité de 10 % à 20 % du gaz séché fourni par la première chambre (10) est introduit dans la deuxième chambre (20), pour régénérer le deuxième adsorbant régénérable. Spécifique à l'invention est le fait que le gaz, qui est fourni par la deuxième chambre, n'est pas déchargé dans l'atmosphère, ou pas complètement, mais est plutôt réintroduit au moins partiellement dans une partie d'étage intermédiaire du compresseur.
Dans un procédé conformément à l'invention, les étapes suivantes a), b) et c), qui sont réalisées pour comprimer et sécher un gaz, consistent : a) A comprimer le gaz dans un compresseur à plusieurs étages ayant au moins une entrée de gaz d'étage intermédiaire (5) et ayant une sortie de gaz de dernier étage (6) fournissant un gaz comprimé de dernier étage. b) A sécher le gaz comprimé de dernier étage, en l'introduisant dans une première chambre (10) contenant un premier adsorbant régénérable (13), ladite première chambre fournissant, au niveau d'une sortie de gaz séché (40), un gaz séché destiné à un utilisateur. c) A régénérer un deuxième adsorbant régénérable (23) contenu dans une deuxième chambre (20), en introduisant dans ladite deuxième chambre une partie du gaz séché provenant de la sortie de gaz séché (40) et en ventilant la deuxième chambre dans au moins l'une des entrées de gaz d'étage intermédiaire (5) au moins au nombre de un.
Il apparaîtra clairement qu'un tel procédé peut, par exemple, être mis en œuvre avec un appareil comme décrit précédemment.
La figure 2 montre schématiquement un appareil -cité à titre d'exemple - conformément à un mode de réalisation préféré de l'invention.
Cet appareil est identique à l'appareil de la figure 1, à l'exception du fait que son sécheur (50) comprend quatre vannes supplémentaires (30, 31, 32, 33), des commandes correspondantes des vannes supplémentaires (non illustrées) et des conduites de gaz supplémentaires, comme illustré. Les première et deuxième vannes (34, 35), les quatre vannes supplémentaires (30, 31, 32, 33), les commandes correspondantes des vannes et les conduites de gaz sont en outre tous configurés pour, au cours d'un deuxième période de temps : - connecter la deuxième chambre (20) en série entre la sortie de gaz de dernier étage (6) et une sortie de gaz séché (40) prévue pour un utilisateur, et pour - connecter la première chambre (10) en série entre ladite sortie de gaz séché (40) et au moins l'une des entrées de gaz d'étage intermédiaire (5), au moins au nombre de un, du compresseur à plusieurs étages.
Un tel sécheur (5) est parfois appelé sécheur fonctionnant par adsorption modulée en pression (PSA) et est techniquement bien connu, par exemple d'après la publication du brevet numéro US 2944627 de Skarstrom, publication qui est intégrée ici à titre de référence.
Comme montré sur la figure 2 et sur les figures suivantes, le sécheur (50) a une entrée de gaz humide (50a), une sortie de gaz séché (50b) et une sortie de purge (50c) . Le sécheur (50) est commandé pour fonctionner comme montré plus en détail sur la figure 3 et sur la figure 4.
La figure 3 montre schématiquement l'appareil de la figure 2 quand ledit appareil est dans une première phase de fonctionnement au cours de la première période de temps. Au cours de cette première phase de fonctionnement, les commandes de vannes ouvrent au moins partiellement les vannes 30, 33, 34 et 35 et ferment les vannes 31 et 32. En conséquence, du gaz humide, qui est fourni par le dernier étage (le) du compresseur, peut être séché par le premier adsorbant régénérable (13) de la première chambre (10), pour fournir à un utilisateur un gaz séché (40), tandis qu'une partie dudit gaz séché peut être réintroduite dans la deuxième chambre (20), pour régénérer le deuxième adsorbant régénérable (23). Spécifique à l'invention est le fait que le gaz, qui est fourni par la deuxième chambre (20) au cours de ladite première phase de fonctionnement, n'est pas déchargé dans l'atmosphère, ou pas complètement, mais est plutôt réintroduit au moins partiellement dans une partie d'étage intermédiaire (5) du compresseur.
La figure 4 montre schématiquement l'appareil de la figure 2 quand ledit appareil est dans une deuxième phase de fonctionnement au cours de la deuxième période de temps. Au cours de cette deuxième phase de fonctionnement, les commandes des vannes ouvrent au moins partiellement les vannes 31, 32, 34 et 35 et ferment les vannes 30 et 33. En conséquence, du gaz humide, qui est fourni par le dernier étage (le) du compresseur, peut être séché par le deuxième adsorbant régénérable (23) de la deuxième chambre (20), pour fournir à un utilisateur un gaz séché (40), tandis qu'une partie dudit gaz séché peut être réintroduite dans la première chambre (10), pour régénérer le premier adsorbant régénérable (13). Spécifique à l'invention est le fait que le gaz, qui est fourni par la première chambre au cours de la deuxième phase de fonctionnement, n'est pas déchargé dans l'atmosphère, ou pas complètement, mais plutôt réintroduit au moins partiellement dans une partie d'étage intermédiaire (5) du compresseur.
Les commandes des vannes peuvent être configurées pour commuter périodiquement l'appareil entre les première et deuxième phases de fonctionnement, permettant ainsi une fourniture presque continue, au niveau de la sortie de gaz séché (40), de gaz comprimé séché destiné à 1'utilisateur.
Dans un procédé préféré conformément à l'invention, la première chambre (10) et la deuxième chambre (20) sont mutuellement permutées de manière périodique, de sorte que l'étape de séchage du gaz comprimé de dernier étage se produit dans la première chambre, au cours d'une première période de temps, tandis que l'étape de régénération du deuxième adsorbant régénérable se produit dans la deuxième chambre, et vice versa, au cours d'une deuxième période de temps.
La figure 5 montre schématiquement un appareil -cité à titre d'exemple - conformément à un mode de réalisation plus préféré de l'invention. Cet appareil est identique à l'appareil de la figure 2, à l'exception du fait qu'il comprend en outre deux vannes de ventilation (36, 37), des commandes correspondantes des vannes de ventilation (non illustrées) et des conduites de gaz de ventilation, qui sont tous configurés pour, au cours de la première période de temps : - connecter la deuxième chambre (20) en série entre ladite sortie de gaz séché (40) et une deuxième entrée de gaz d'étage intermédiaire (5b) de la deuxième partie d'étage intermédiaire (lbc) au cours d'une troisième période de temps, et pour connecter la deuxième chambre (20) en série entre ladite sortie de gaz séché (40) et une première entrée de gaz d'étage intermédiaire (5a) de la première partie d'étage intermédiaire (lab) au cours d'une quatrième période de temps qui fait suite à la troisième période de temps.
Le fait de ventiler d'abord la deuxième chambre dans la deuxième partie d'étage intermédiaire (lbc), plutôt que dans la première partie d'étage intermédiaire (lab) du compresseur à plusieurs étages, présente en fait l'avantage de réduire le débit de gaz à travers la deuxième chambre au cours de cette phase de fonctionnement, ce qui réduit le risque d'entraînement de poussière d'adsorbant et/ou d'endommager l'adsorbant, et ce qui réduit également le bruit. Ce processus facilite aussi la recompression, par le compresseur, du gaz ventilé, ce qui réduit des pertes d'énergie et augmente par conséquent le rendement d'ensemble.
La figure 6 montre schématiquement l'appareil de la figure 5 quand celui-ci est dans une première phase de fonctionnement au cours de la première période de temps.
Au cours de cette première phase de fonctionnement, les commandes des vannes ouvrent au moins partiellement les vannes 30, 33, 34, 35 et 37 et ferment les vannes 31, 32 et 36 au cours de la troisième période de temps. En, conséquence, le gaz, qui est fourni par la deuxième chambre (20) au cours de ladite première phase de fonctionnement, est réintroduit au moins partiellement dans la deuxième partie d'étage intermédiaire (lbc) du compresseur, via la deuxième entrée de gaz d'étage intermédiaire (5b). En conséquence, du gaz humide, qui est fourni par le dernier étage (le) du compresseur, peut être séché par le premier adsorbant régénérable (13) de la première chambre (10), pour fournir à un utilisateur un gaz séché, tandis qu'une partie dudit gaz séché peut être réintroduite dans la deuxième chambre (20), pour régénérer le deuxième adsorbant régénérable (23). Par conséquent, le gaz, qui est fourni par la deuxième chambre au cours de ladite première phase de fonctionnement, est réintroduit au moins partiellement dans la deuxième partie d'étage intermédiaire (lbc) du compresseur, via la deuxième entrée de gaz d'étage intermédiaire (5b).
La figure 7 montre schématiquement l'appareil de la figure 5 quand celui-ci est dans une deuxième phase de fonctionnement au cours de la première période de temps.
Au cours de cette deuxième phase de fonctionnement, les commandes des vannes ouvrent au moins partiellement (ou laissent ouvertes) les vannes 30, 33, 34, 35 et 36 et ferment (ou laissent fermées) les vannes 31, 32 et 37 au cours de la quatrième période de temps. En conséquence, le gaz, qui est fourni par la deuxième chambre au cours de ladite deuxième phase de fonctionnement, est réintroduit au moins partiellement dans la première partie d'étage intermédiaire (lab) du compresseur, via la première entrée de gaz d'étage intermédiaire (5a).
La figure 8 montre schématiquement l'appareil de la figure 5 quand celui-ci est dans une troisième phase de fonctionnement au cours de la deuxième période de temps.
Au cours de cette troisième phase de fonctionnement, les commandes des vannes ouvrent au moins partiellement les vannes 31, 32, 34, 35 et 37 et ferment les vannes 30, 33 et 36 au cours d'une cinquième période de temps. En conséquence, le gaz, qui est fourni par la première chambre (10) au cours de ladite troisième phase de fonctionnement, est réintroduit au moins partiellement dans la deuxième partie d'étage intermédiaire (lbc) du compresseur, via la deuxième entrée de gaz d'étage intermédiaire (5b).
La figure 9 montre schématiquement l'appareil de la figure 5 quand celui-ci est dans une quatrième phase de fonctionnement au cours de la deuxième période de temps.
Au cours de cette quatrième phase de fonctionnement, les commandes des vannes ouvrent au moins partiellement (ou laissent ouvertes) les vannes 31, 32, 34, 35 et 36, et ferment (ou laissent fermées) les vannes 30, 33 et 37 au cours d'une sixième période de temps qui fait suite à la cinquième période de temps. En conséquence, le gaz, qui est fourni par la première chambre (10) au cours de ladite quatrième phase de fonctionnement, est réintroduit au moins partiellement dans la première partie d'étage intermédiaire (lab) du compresseur, via la première entrée de gaz d'étage intermédiaire (5a).
Dans un procédé préféré conformément à l'invention, l'étape de ventilation de la deuxième chambre (20) comprend deux sous-étapes successives : une première sous-étape au cours de laquelle la deuxième chambre (20) est ventilée dans l'une ou l'autre d'une première entrée de gaz d'étage intermédiaire (5a) de la première partie d'étage intermédiaire (lab) ou d'une deuxième entrée de gaz d'étage intermédiaire (5b) de la deuxième partie d'étage intermédiaire (lbc), et une deuxième sous-étape au cours de laquelle la deuxième chambre (20) est ventilée respectivement dans l'une ou l'autre de la deuxième entrée de gaz d'étage intermédiaire (5b) de la deuxième partie d'étage intermédiaire (lbc) ou de la première entrée de gaz d'étage intermédiaire (5a) de la première partie d'étage intermédiaire (lab).
De façon plus préférable, la deuxième chambre (20) est ventilée dans la deuxième entrée de gaz d'étage intermédiaire (5b) de la deuxième partie d'étage intermédiaire (lbc) au cours de la première sous-étape, et la deuxième chambre (20) est ventilée dans la première entrée de gaz d'étage intermédiaire (5a) de la première partie d'étage intermédiaire (lab) au cours de la deuxième sous-étape, ladite deuxième sous-étape se produisant après la première sous-étape.
De préférence, l'étape de ventilation de la première chambre (10) se produisant au cours de la deuxième période de temps comprend également deux sous-étapes successives, à savoir une troisième sous-étape au cours de laquelle la première chambre (10) est ventilée dans la deuxième entrée de gaz d'étage intermédiaire (5b) de la deuxième partie d'étage intermédiaire (lbc), et une quatrième sous-étape au cours de laquelle la première chambre (10) est ventilée dans la première entrée de gaz d'étage intermédiaire (5a) de la première partie d'étage intermédiaire (lab), ladite quatrième sous-étape se produisant après la troisième sous-étape.
Comme énoncé précédemment, typiquement une quantité de 10 % à 20 % du gaz séché fourni par la première chambre (10) est introduite dans la deuxième chambre (20), pour régénérer le deuxième adsorbant régénérable au cours de la première période de temps (comme illustré sur les figures 3, 6, 7) et, réciproquement, typiquement une quantité de 10 % à 20 % du gaz séché fourni par la deuxième chambre (20) est introduite dans la première chambre (10), pour régénérer le premier adsorbant régénérable au cours de la deuxième période de temps (comme illustré sur les figures 4, 8, 9). En conséquence, les première et deuxième vannes (34, 35) sont configurées et éventuellement commandées pour parvenir à ces débits. Néanmoins, l'appareil comprend en outre, de préférence, une première vanne de dérivation (34b) qui est fluidiquement reliée, en parallèle, à la première vanne (34), et une deuxième vanne de dérivation (35b) qui est fluidiquement reliée, en parallèle, à la deuxième vanne (35), comme montré sur la figure 10. La première vanne de dérivation (34b) est configurée et éventuellement commandée pour contourner la première vanne (34) au cours de la première période de temps, et la deuxième vanne de dérivation (35b) est configurée et éventuellement commandée pour contourner la deuxième vanne (35) au cours de la deuxième période de temps, de sorte qu'une quantité suffisante de gaz séché destiné à l'utilisateur peut être fournie au niveau de la sortie de gaz séché (40), au cours de chacune des première et deuxième périodes de temps.
Au cas où les première et deuxième vannes de dérivation (34b, 35b) sont des vannes de commande, un régulateur ouvre la première vanne de dérivation (34b) et ferme la deuxième vanne de dérivation (35b) au cours de la première période de temps, et le régulateur ferme la première vanne de dérivation (34b) et ouvre la deuxième vanne de dérivation (35b) au cours de la deuxième période de temps.
En variante, les première et deuxième vannes de dérivation (34b, 35b) peuvent être des vannes à une voie (connues également comme étant des vannes antiretour), chacune de ces vannes étant orientée de manière telle, que du gaz puisse s'écouler à travers ces vannes de dérivation, respectivement à partir des première et deuxième chambres (10, 20) jusqu'à la sortie de gaz séché (40), et pas dans la direction opposée. Un mode de réalisation cité à titre d'exemple est montré schématiquement sur la figure 11, où les directions d'écoulement de gaz, dans un seul sens, à travers les vannes à une voie, sont indiquées par des flèches.
De préférence, les première et deuxième vannes de dérivation sont des vannes à une voie, à ressort.
De préférence, l'étape de compression du gaz est une étape consistant à comprimer le gaz à une pression de sortie de dernier étage (6) qui est supérieure à 10 bars, de préférence supérieure à 20 bars, de façon plus préférable supérieure à 30 bars.
Par conséquent, le compresseur à plusieurs étages d'un appareil conformément à l'invention est de préférence adapté pour comprimer du gaz à une pression de sortie de dernier étage qui est supérieure à 10 bars, de préférence supérieure à 20 bars, de façon plus préférable supérieure à 30 bars.
De préférence, ledit gaz est de l'air, de façon plus préférable de l'air ambiant.
De préférence, le premier adsorbant régénérable (13) est fixe sur une surface d'une première structure rigide (15a), ladite première structure rigide étant fixée à l'intérieur de la première chambre (10) et sur celle-ci, le deuxième adsorbant régénérable (23) étant fixe sur une surface d'une deuxième structure rigide (15b), ladite deuxième structure rigide étant fixée à l'intérieur de la deuxième chambre (20) et sur celle-ci. Contrairement à l'utilisation connue de granulés ou de grains enrobés d'adsorbant dans les chambres de sécheurs PSA, l'inventeur a constaté qu'une telle structure rigide (15) est plus appropriée pour traiter, dans un sécheur PSA, des gaz comprimés à des pressions élevées (des pressions telles que celles supérieures à 10 bars) et/ou des débits de gaz élevés (des débits tels que ceux supérieurs à 1 m3/min et allant jusqu'à 100 m3/min par exemple).
De façon plus préférable, chacune des première (15a) et deuxième (15b) structures rigides est une structure canalisée en nid d'abeilles. La figure 12 montre schématiquement une chambre, citée à titre d'exemple, qui peut être l'une ou l'autre de la première chambre (10) et/ou de la deuxième chambre (20) et comprenant une structure canalisée en nid d'abeilles (15a, 15b) qui est agencée axialement à l'intérieur de la chambre et fixée sur celle-ci de façon rigide. La chambre a aussi des orifices d'entrée et de sortie de gaz, comme indiqué par des flèches sur la figure 10. De préférence, les orifices d'entrée et de sortie sont agencés axialement.
La structure rigide, elle-même, peut être composée par exemple de carton renforcé de fibres de verre ou de n'importe quel autre matériau rigide approprié.
Chaque canal de la structure en nid d'abeilles est par exemple enrobé ou imprégné, à l'intérieur dudit canal et sur sa longueur, d'un adsorbant régénérable (13, 23) tel que du gel de silice ou des zéolites ou de l'alumine activée.
Avec de telles structures rigides, les inventeurs ont constaté que des vitesses de gaz à l'intérieur des chambres (10, 20), allant jusqu'à 3/10 m/s voire même jusqu'à 5 m/s, peuvent être utilisées sans inconvénients majeurs. Ces vitesses sont de 5 à 10 fois plus élevées que celles obtenues en utilisant des chambres remplies de granulés enrobés d'adsorbant, permettant ainsi d'éliminer encore plus de 90 % de l'humidité contenue dans le gaz entrant.
Dans un mode de réalisation - plus préféré - de l'appareil, les première et deuxième chambres (10, 20) sont des chambres allongées qui sont toutes les deux agencées horizontalement. De préférence, le flux de gaz dans les première et deuxième chambres est un flux de gaz pratiquement horizontal.
La présente invention a été décrite en fonction de modes de réalisation spécifiques qui illustrent l'invention et ne doivent pas être interprétés comme étant limitatifs. Plus généralement, les personnes techniquement expertes sauront voir que la présente invention n'est pas limitée par ce qui a été en particulier montré et/ou décrit précédemment.
Les numéros de référence dans les revendications ne limitent pas l'étendue de leur protection. L'utilisation des verbes "comprendre", "contenir", "être composé de", ou bien de n'importe quelle autre variante, ainsi que de leurs conjugaisons respectives, n'exclut pas la présence d'éléments autres que ceux énoncés. L'utilisation de l'article "un", "une" ou "le", "la" précédant un élément n'exclut pas la présence d'une pluralité de tels éléments.
Un procédé conformément à l'invention peut être décrit aussi comme suit : procédé dans lequel un gaz est d'abord comprimé par un compresseur (1) à plusieurs étages, puis séché par un adsorbeur (50) modulé en pression. L'adsorbeur modulé en pression comprend une première chambre (10) contenant un premier adsorbant (13). Cette première chambre est alimentée en gaz humide provenant d'une sortie du dernier étage (le) du compresseur, et ladite chambre fournit du gaz séché à un utilisateur. L'adsorbeur modulé en pression comprend en outre une deuxième chambre (20) contenant un deuxième adsorbant (23) qui peut avoir adsorbé précédemment de l'humidité. Afin de régénérer le deuxième adsorbant et de désorber l'humidité, une partie dudit gaz séché est introduite dans la deuxième chambre, et la deuxième chambre est ventilée séquentiellement dans au moins deux entrées différentes de gaz d'étage intermédiaire (5b, 5a) du compresseur au lieu de s'échapper dans l'atmosphère, ce qui réduit les différences de pression lors de la ventilation et ce qui améliore le rendement total du procédé.

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS (amendées)
    1. Procédé pour comprimer et sécher un gaz, comprenant les étapes consistant : - à comprimer le gaz dans un compresseur (1) à plusieurs étages ayant au moins trois étages de compresseur successifs (la, lb, le) , une entrée de gaz de premier étage (4),une sortie de gaz de dernier étage (6) fournissant un gaz comprimé de dernier étage, une première partie d'étage intermédiaire (lab) fonctionnant à une première pression intermédiaire, et une deuxième partie d'étage intermédiaire (lbc) fonctionnant à une deuxième pression intermédiaire qui est supérieure à la première pression intermédiaire, - à sécher le gaz comprimé de dernier étage, en l'introduisant dans une première chambre (10) contenant un premier adsorbant régénérable (13), ladite première chambre fournissant, au niveau d'une sortie de gaz séché (40), un gaz séché destiné à un utilisateur, - à régénérer un deuxième adsorbant régénérable contenu dans une deuxième chambre (20), en introduisant dans ladite deuxième chambre une partie du gaz séché provenant de la sortie de gaz séché (40) et en ventilant la deuxième chambre dans une entrée de gaz du compresseur, caractérisé en ce que l'étape de ventilation de la deuxième chambre (20) comprend deux sous-étapes successives : une première sous-étape au cours de laquelle la deuxième chambre (20) est ventilée dans une deuxième entrée de gaz d'étage intermédiaire (5b) de la deuxième partie d'étage intermédiaire (lbc), et une deuxième sous-étape au cours de laquelle la deuxième chambre (20) est ventilée dans une première entrée de gaz d'étage intermédiaire (5a) de la première partie d'étage intermédiaire (lab) .
  2. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les première et deuxième chambres (10, 20) sont mutuellement permutées d'une manière périodique, de sorte que l'étape de séchage du gaz comprimé de dernier étage se produit dans la première chambre (10) au cours d'une première période de temps, tandis que l'étape de régénération du deuxième adsorbant régénérable (23) se produit dans la deuxième chambre (20), et vice versa, au cours d'une deuxième période de temps.
  3. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étape de compression du gaz est une étape consistant à comprimer le gaz à une pression de sortie de dernier étage qui est supérieure à 10 bars, de préférence supérieure à 20 bars, de façon plus préférable supérieure à 30 bars.
  4. 4. Appareil pour comprimer et sécher un gaz, ledit appareil comprenant : - un compresseur (1) à plusieurs étages ayant au moins trois étages de compresseur successifs (la, lb, le), une entrée de gaz de premier étage (4), une sortie de gaz de dernier étage (6) pour fournir un gaz comprimé de dernier étage, une première partie d'étage intermédiaire (lab) fonctionnant à une première pression intermédiaire, et une deuxième partie d'étage intermédiaire (lbc) fonctionnant à une deuxième pression intermédiaire qui est supérieure à la première pression intermédiaire, - un sécheur (50) comprenant une première chambre (10) contenant un premier adsorbant régénérable (13), et comprenant une deuxième chambre (20) contenant un deuxième adsorbant régénérable (23), - une première vanne (34) et une deuxième vanne (35), des commandes correspondantes des vannes et des conduites de gaz, tous ces éléments étant configurés pour, au cours d'une première période de temps : - connecter la première chambre (10) en série entre la sortie de gaz de dernier étage (6) et une sortie de gaz séché (40) prévue pour un utilisateur, et pour - connecter la deuxième chambre (20) en série entre ladite sortie de gaz séché (40) et une entrée de gaz du compresseur à plusieurs étages, caractérisé en ce que l'appareil comprend en outre deux vannes de ventilation (36, 37), des commandes correspondantes des vannes de ventilation et des conduites de gaz de ventilation, tous configurés pour, au cours de la première période de temps, connecter la deuxième chambre (20) en série entre ladite sortie de gaz séché (40) et une deuxième entrée de gaz d'étage intermédiaire (5b) de la deuxième partie d'étage intermédiaire (lbc) au cours d'une troisième période de temps, et pour connecter la deuxième chambre (20) en série entre ladite sortie de gaz séché (40) et une première entrée de gaz d'étage intermédiaire (5a) de la première partie d'étage intermédiaire (lab) au cours d'une quatrième période de temps qui fait suite à la troisième période de temps.
  5. 5. Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend en outre quatre vannes supplémentaires (30, 31, 32, 33), et en ce que la première vanne (34), la deuxième vanne (35), les quatre vannes supplémentaires (30, 31, 32, 33), les deux vannes de ventilation (36, 37), les commandes correspondantes des vannes et les conduites de gaz, sont en outre tous configurés pour, au cours d'une deuxième période de temps : - connecter la deuxième chambre (20) en série entre la sortie de gaz de dernier étage (6) et la sortie de gaz séché (40), et pour - connecter la première chambre (10) en série entre la sortie de gaz séché (40) la deuxième entrée de gaz d'étage intermédiaire (5b) de la deuxième partie d'étage intermédiaire (Ibc) au cours d'une cinquième période de temps, et pour - connecter la première chambre (10) en série entre ladite sortie de gaz séché (40) et la première entrée de gaz d'étage intermédiaire (5a) de la première partie d'étage intermédiaire (lab) au cours d'une sixième période de temps qui fait suite à la cinquième période de temps.
  6. 6. Appareil selon l'une quelconque des revendications 4 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une première vanne de dérivation (34b) fluidiquement reliée en parallèle à la première vanne (34), et une deuxième vanne de dérivation (35b) fluidiquement reliée en parallèle à la deuxième vanne (35).
  7. 7. Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce que les première et deuxième vannes de dérivation (34b, 35b) sont des vannes à une voie, chacune de ces vannes étant orientée de manière telle, que de l'air puisse s'écouler respectivement depuis les première et deuxième chambres (10, 20) jusqu'à la sortie de gaz séché (40).
  8. 8. Appareil selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisé en ce que le compresseur (1) à plusieurs étages est adapté pour comprimer le gaz à une pression de sortie de gaz de dernier étage (6) qui est supérieure à 10 bars, de préférence supérieure à 20 bars, de façon plus préférable supérieure à 30 bars.
  9. 9. Appareil selon l'une quelconque des revendications 4 à 8, caractérisé en ce que le premier adsorbant régénérable (13) est fixe sur une surface d'une première structure rigide (15a), ladite première structure rigide étant fixée à l'intérieur de la première chambre (10) et sur celle-ci, et en ce que le deuxième adsorbant régénérable (23) est fixe sur une surface d'une deuxième structure rigide (15b), ladite deuxième structure rigide étant fixée à l'intérieur de la deuxième chambre (20) et sur celle-ci.
  10. 10. Appareil selon la revendication 9, caractérisé en ce que chacune des première et deuxième structures rigides est une structure canalisée en nid d'abeilles.
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