EP2398573A1 - Module de purification - Google Patents

Module de purification

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Publication number
EP2398573A1
EP2398573A1 EP09784361A EP09784361A EP2398573A1 EP 2398573 A1 EP2398573 A1 EP 2398573A1 EP 09784361 A EP09784361 A EP 09784361A EP 09784361 A EP09784361 A EP 09784361A EP 2398573 A1 EP2398573 A1 EP 2398573A1
Authority
EP
European Patent Office
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pipes
support
adsorbers
supports
purification
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Withdrawn
Application number
EP09784361A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Bruno Berthome
Sylvain Irlande
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Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Original Assignee
Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
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Filing date
Publication date
Application filed by Air Liquide SA, LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude filed Critical Air Liquide SA
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/02Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography
    • B01D53/04Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography with stationary adsorbents
    • B01D53/0462Temperature swing adsorption
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04151Purification and (pre-)cooling of the feed air; recuperative heat-exchange with product streams
    • F25J3/04163Hot end purification of the feed air
    • F25J3/04169Hot end purification of the feed air by adsorption of the impurities
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04763Start-up or control of the process; Details of the apparatus used
    • F25J3/04866Construction and layout of air fractionation equipments, e.g. valves, machines
    • F25J3/0489Modularity and arrangement of parts of the air fractionation unit, in particular of the cold box, e.g. pre-fabrication, assembling and erection, dimensions, horizontal layout "plot"
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2259/00Type of treatment
    • B01D2259/40Further details for adsorption processes and devices
    • B01D2259/402Further details for adsorption processes and devices using two beds
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2259/00Type of treatment
    • B01D2259/45Gas separation or purification devices adapted for specific applications
    • B01D2259/455Gas separation or purification devices adapted for specific applications for transportable use

Definitions

  • the present invention relates to a device for purifying a gaseous mixture, of the type comprising at least two adsorbers, with numerous pipes provided with valves connecting the lower and upper parts of the various adsorbers to the fluid circuits.
  • FIG. 1 shows a purification module comprising a skid.
  • a purification module comprises a first purification bottle 21, a second purification bottle 22, a skid 23 and a metal structure 24.
  • a solution of the invention is a purification device by adsorption of a gas, comprising at least one adsorber 1, at least 4 pipes, and at least one set of supports 7, characterized in that the adsorber 1 is suitable supporting the set of supports 7 and all the pipes 4.
  • the purification device according to the invention may have one or the other of the following characteristics: - said device comprises two adsorbers 1 and 2 able to support the set of supports 7 and all the pipes 4 ; said adsorbers support the pipes 4 directly or via the support assembly 7;
  • the size of the pipes is between 50 mm and 750 mm, preferably between 80 mm and 500 mm, even more preferentially between 100 mm and 400 mm; said device has an arrangement such that the device can be lifted, handled and transported in its entirety;
  • said device comprises lifting, handling and transport means
  • At least one pipe comprises a complementary support connected to the ground; This additional support connected to the ground is preferably used in case of maintenance of said pipe;
  • said device comprises a silencer, a heater, valves and valves;
  • the heater, the silencer and the adsorbers are in a vertical position
  • said adsorbers support the silencer 5 in its entirety, directly and / or via the pipes 4 and / or via the set of supports 7; said adsorbers support the heater 6 in its entirety directly and / or via the pipes 4 and / or via the set of supports 7;
  • the device comprises equipment requiring maintenance and / or manipulation arranged in front;
  • the device comprises a gas inlet 10 to a first adsorber and an outlet 9 of gas from a second adsorber located on the same side of the device.
  • Pe size refers to the outside diameter of pipes without considering equipment, such as valves, that can be incorporated into pipes.
  • the equipment is arranged in front “means that the equipment is arranged facing the user in such a way that he can easily access it.
  • Equipment requiring maintenance and / or handling is of the type valves, valves, valves, instrumentation, pressure reducer, ...
  • the present invention also relates to the use of the purification device according to the invention for producing air supplying a cryogenic air separation unit.
  • FIG. 2 represents a purification device according to the invention.
  • the metal structure usually used is removed.
  • the first adsorber 1 and the second adsorber 2 are used as support for the pipes 4.
  • the gas heater 6, used for the regeneration of the purification bottles, and the silencer 5, to minimize the gas exit noise can be supported on the ground by means of fasteners, by the adsorbers via dedicated welded supports 7, or by the pipes.
  • "furs” can be placed between the adsorbers and the dedicated welded supports, in order to better distribute the forces on the adsorber.
  • the first and second purification bottles are of axial type with an inlet / outlet in the upper part 3 and an inlet / outlet in the lower part 13.
  • On the purification module there are in particular the inlet and outlet 8, 9, 10 and
  • the purification device may comprise several dismountable reinforcing bars 12 which bond the bottles.
  • FIG. 3 illustrates an assembly of the purification device according to the invention.
  • one of the mounting methods may comprise the following steps:
  • the purification device according to the invention allows the reduction of manufacturing costs, minimizes the development time of new work implementing a purification device, and provides greater flexibility of adaptation to new materials and / or new regulations.
  • the standardization of the purification device simplifies the understanding of the processes and reduces the number of components.
  • the purification device according to the invention can adapt to different regulations and building codes of countries in the world.
  • the purification device according to the invention also significantly reduces the installation time, currently, with a purification device comprising a skid. Indeed, there is more connection between the bottle and the skid to achieve: the purification device according to the invention is a pre-assembled subassembly ready to be connected. Access to equipment for maintenance facilitates on-site interventions. All valves, valves and pipe elements are aligned front to minimize handling and associated risks. On a purification device comprising a skid, the replacement time of a valve may exceed the day due to access difficulties. With the device according to the invention, this replacement time can be reduced to a few hours. Finally, as seen in Figure 2, the purification device according to the invention occupies a lower floor space than that occupied by a device comprising a skid. Indeed, the floor area and the civil engineering slab to install all equipment is reduced by the order of 80% of the floor space required to install a skid equivalent.
  • the surface requirement is only 20m 2 , all other equipment being of similar sizes or sizes unchanged.

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Abstract

Dispositif de purification par adsorption d'un gaz, comprenant au moins un adsorbeur (1), au moins des tuyauteries (4), et au moins un ensemble de supports (7), caractérisé en ce que l'adsorbeur (1) est apte à supporter l'ensemble de supports (7) et l'ensemble des tuyauteries (4).

Description

Module de purification
La présente invention concerne un dispositif de purification d'un mélange gazeux, du type comprenant au moins deux adsorbeurs, avec de nombreuses tuyauteries pourvues de vannages reliant les parties inférieure et supérieure des différents adsorbeurs aux circuits de fluides.
Les dispositifs de séparation de ce genre sont utilisés essentiellement dans des technologies de variation de pression ou de température dites PSA (Pressure Swing Adsorption = adsorption à pression modulée) ou TSA (Température Swing Adsorption = adsorption avec variation de température), pour la production, à partir d'un mélange gazeux, d'un constituant gazeux de ce mélange, notamment d'un constituant de l'air, oxygène ou azote, ou pour la purification d'un mélange gazeux, notamment d'air d'alimentation d'une unité de séparation cryogénique de l'air, également pour la production d'un constituant de l'air, oxygène et/ou azote et/ou argon et mettent généralement en œuvre au moins un des adsorbants choisis dans le groupe comprenant des zéolithes, le charbon actif, l'alumine ou les gels de silice. Des exemples de ces technologies sont décrits notamment dans les documents US-5.223.004, EP-0,092,153, US-3,338,030 ou US- 5,137,548.
Généralement, les différents éléments et équipements du module de purification sont montés autour d'une structure métallique excepté les bouteilles de purification et les tuyauteries de raccordement. La structure métallique et les éléments supportés par celle-ci constituent le « skid ». La figure 1 représente un module de purification comprenant un skid. Typiquement, un module de purification comprend une première bouteille de purification 21, une deuxième bouteille de purification 22, un skid 23 et une structure métallique 24.
Cependant, l'utilisation d'un skid complique l'arrangement des tuyauteries, des équipements chaudronnés, et impose de nombreuses contraintes pendant les phases de conception, de fabrication, de montage, et d'exploitation.
Pendant la phase de conception du skid, l'arrangement de l'ensemble des équipements et des tuyauteries doit s'intégrer dans un espace fini respectant les tailles usuelles pour le transport des colis lourds. Cette contrainte d'assemblage rend très difficile la standardisation des parcours de tuyauterie, l'évolution et l'adaptation de la conception des skids à de nouveaux matériaux ou à une nouvelle réglementation.
De plus, l'utilisation d'une structure métallique, comme support et maintien de l'ensemble des équipements et des tuyauteries, nécessite des calculs de dimensionnement complexes.
Pendant, les phases de fabrication et de montage du module de purification, l'accès aux équipements est difficile compte tenu des proximités entre les différents éléments et de la compacité d'assemblage du skid. De là, les temps de fabrication, de manutention et d'assemblage sont augmentés d'autant plus que la complexité est grande. En outre, le traitement de surface de l'ensemble des pièces nécessite une manutention délicate qui entraîne des retouches de peinture inévitables.
Pendant la phase de l'exploitation du module, le remplacement du matériel et la maintenance sont difficiles à mettre en œuvre car tous les équipements ne sont pas directement accessibles. Ce manque d'accessibilité peut conduire à la location ponctuelle de moyens lourds de manutention telle que les grues. De plus, le manque d'accessibilité fait du raccordement précis entre les bouteilles de purification et le skid une opération délicate et longue à mettre en œuvre.
Enfin, lors de son utilisation, un tel module de purification occupe une place au sol très importante au regard des tailles des bouteilles de purification.
Partant de là, un problème qui se pose, est de fournir un dispositif de purification dont sa conception peut faire l'objet d'une standardisation, d'une évolution et d'une adaptation, et dont les équipements sont facilement accessibles.
Une solution de l'invention est un dispositif de purification par adsorption d'un gaz, comprenant au moins un adsorbeur 1, au moins des tuyauteries 4, et au moins un ensemble de supports 7, caractérisé en ce que l'adsorbeur 1 est apte à supporter l'ensemble de supports 7 et l'ensemble des tuyauteries 4.
Selon le cas, le dispositif de purification selon l'invention peut présenter l'une ou l'autre des caractéristiques suivantes : - ledit dispositif comprend deux adsorbeurs 1 et 2 aptes à supporter l'ensemble de supports 7 et l'ensemble des tuyauteries 4 ; - lesdits adsorbeurs supportent les tuyauteries 4 directement ou par l'intermédiaire de l'ensemble de supports 7 ;
- la taille des tuyauteries est comprise entre 50mm et 750 mm, de préférence entre 80 mm et 500 mm, encore plus préférentiellement entre 100 mm et 400 mm ; - ledit dispositif présente un arrangement tel que le dispositif peut être levé, manutentionné et transporté dans son intégralité ;
- ledit dispositif comprend des moyens de levage, de manutention et de transport ;
- au moins une tuyauterie comprend un support complémentaire relié au sol ; Ce support complémentaire relié au sol est de préférence utilisé en cas de maintenance de ladite tuyauterie ;
- ledit dispositif comprend un silencieux, un réchauffeur, des vannes et des clapets ;
- le réchauffeur, le silencieux et les adsorbeurs sont en position verticale ;
- lesdits adsorbeurs supportent le silencieux 5 dans son intégralité, directement et/ou par l'intermédiaire des tuyauteries 4 et/ou par l'intermédiaire de l'ensemble de supports 7 ; - lesdits adsorbeurs supportent le réchauffeur 6 dans son intégralité directement et/ou par l'intermédiaire des tuyauteries 4 et/ou par l'intermédiaire de l'ensemble de supports 7 ;
- le dispositif comprend des équipements nécessitant une maintenance et/ou une manipulation disposés en façade ;
- le dispositif comprend une entrée 10 de gaz vers un premier adsorbeur et une sortie 9 de gaz en provenance d'un second adsorbeur situées du même coté du dispositif.
Par « taille des tuyauteries » on entend le diamètre extérieur des tuyauteries sans prendre en compte des équipements, tels que des vannes, qui peuvent être incorporés aux tuyauteries.
Par « les équipements sont disposés « en façade », on entend que les équipements sont disposés face à l'utilisateur de façon telle qu'il puisse y accéder facilement.
Les équipements nécessitant une maintenance et/ou une manipulation sont du type clapets, vannes, soupapes, instrumentation, détendeur,...
Par ensemble de supports, on attend un assemblage de fers dimensionnés par calculs, assemblés et soudés entre eux afin de supporter la tuyauterie et les équipements. Cet ensemble permet de limiter le nombre de liaison entre la bouteille et les autres parties du module de purification, de mieux répartir les efforts sur les adsorbeurs et de faciliter la maintenance du matériel.
D'autre part, la présente invention a également pour objet l'utilisation du dispositif de purification selon l'invention, pour produire de l'air alimentant une unité de séparation cryogénique de l'air.
L'invention va être décrite plus en détail au moyen de la figure 2.
La figure 2 représente un dispositif de purification selon l'invention.
Dans le dispositif de purification selon l'invention, la structure métallique utilisée habituellement est supprimée. Le premier adsorbeur 1 et le second adsorbeur 2 sont utilisés comme support des tuyauteries 4.
Le réchauffeur de gaz 6, servant à la régénération des bouteilles de purification, et le silencieux 5, permettant de minimiser les bruits de sortie de gaz, peuvent être supportés au sol par l'intermédiaire de fixations, par les adsorbeurs par l'intermédiaire de supports soudés dédiés 7, ou par les tuyauteries . Dans le cas de fortes charges, des « fourrures » peuvent être placées entre les adsorbeurs et les supports soudés dédiés, afin de mieux répartir les forces sur l'adsorbeur. Par « fourrure », on entend des plaques métalliques rapportées sur l'adsorbeur par soudure servant de renfort.
La première et la deuxième bouteille de purification sont de type axial avec une entrée/sortie en partie haute 3 et une entrée/sortie en partie basse 13. Sur le module de purification, on trouve notamment les entrées et sorties 8, 9, 10 et
11 prévues pour un raccordement horizontale.
Afin de pouvoir être transporté de son lieu de conception à son lieu d'exploitation, le dispositif de purification peut comprendre plusieurs barres 12 de renfort démontables qui liaisonnent les bouteilles. La figure 3 illustre un assemblage du dispositif de purification selon l'invention.
En effet, un des procédés de montage peut comprendre les étapes suivantes :
- première étape : mise en position des adsorbeurs verticaux sur pieds (repère A) ;
- deuxième étape : fixation de l'ensemble support des tuyauteries (repère B) ;
- troisième étape : montage des tuyauteries en partie basse du module de purification (repère C) ; - quatrième étape : montage des tuyauteries en partie haute du module de purification (repère D) ;
- cinquième étape : montage des équipements (réchauffeur, silencieux, armoires électriques, de l'électricité, de l'instrumentation) ; (repère E) - sixième étape : remplissage des bouteilles
- septième étape : calorifugeage des tuyauteries
- huitième étape : mise en place des barres de levage ; (repère F)
Le montage des tuyauteries repère G sera réalisée sur le site de production
Le dispositif de purification selon l'invention permet la réduction des coûts de fabrication, minimise le temps de développement de nouveaux travaux mettant en œuvre un dispositif de purification, et apporte une meilleure flexibilité d'adaptation à des nouveaux matériaux et/ou nouvelles réglementations.
D'un point de vue coût, la masse globale de toute la tuyauterie a été réduite de l'ordre de 30%, le nombre de soudures et les longueurs de tuyaux minimisées. La suppression de la charpente métallique permet d'économiser l'achat, l'étude et les frais de calculs. Enfin, la meilleure connaissance des coûts du dispositif de purification permet d'avoir une meilleure maîtrise des dépenses engagées.
La standardisation du dispositif de purification simplifie la compréhension des procédés et diminue le nombre de composants. D'autre part, le dispositif de purification selon l'invention peut s'adapter aux différentes réglementations et codes de construction des pays dans le monde.
Le dispositif de purification selon l'invention permet également de réduire de manière significative les temps d'installation, actuellement, avec un dispositif de purification comprenant un skid. En effet, il n'y a plus de liaison entre la bouteille et le skid à réaliser : le dispositif de purification selon l'invention est un sous-ensemble prémonté prêt à être raccordé. L'accès aux équipements pour la maintenance facilite les interventions sur site. Toutes les vannes, les clapets et éléments des tuyauteries sont alignés en façade afin de minimiser les manipulations et les risques associés. Sur un dispositif de purification comprenant un skid, le temps de remplacement d'un clapet peut dépasser la journée en raison des difficultés d'accès. Avec le dispositif selon l'invention, ce temps de remplacement peut être réduit à quelques heures. Enfin, comme on le voit sur la figure 2, le dispositif de purification selon l'invention occupe une place au sol inférieure à celle qu'occupait un dispositif comprenant un skid. En effet, la surface au sol et la dalle de génie civil pour installer l'ensemble des équipements est réduite de l'ordre de 80% de la surface au sol nécessaire pour installer un équivalent en skid.
A titre d'exemple, lors de l'installation d'une unité de production de gaz permettant de traiter un débit d'air de 5000 Nm /h, la surface de dalle de génie civil utilisée pour l'implantation du skid de purification et de ses adsorbeurs, de diamètre de 1.5m environ, a été réalisée pour un total de 30m2. Avec le nouveau module de purification et selon l'invention, le besoin en surface n'est plus que de 20m2, tous les autres équipements étant de tailles similaires ou des tailles inchangées.

Claims

Revendications
1. Dispositif de purification par adsorption d'un gaz, comprenant au moins un adsorbeur (1), au moins des tuyauteries (4), et au moins un ensemble de supports (7), caractérisé en ce que l'adsorbeur (1) est apte à supporter l'ensemble de supports (7) et l'ensemble des tuyauteries (4).
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit dispositif comprend deux adsorbeurs (1) et (2) aptes à supporter l'ensemble de supports (7) et l'ensemble des tuyauteries (4).
3. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que lesdits adsorbeurs supportent les tuyauteries (4) directement ou par l'intermédiaire de l'ensemble de supports (7).
4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la taille des tuyauteries est comprise entre 50mm et 750 mm, de préférence entre 80 mm et 500 mm, encore plus préférentiellement entre 100 mm et 400 mm.
5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit dispositif présente un arrangement tel que le dispositif peut être levé, manutentionné et transporté dans son intégralité.
6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ledit dispositif comprend des moyens de levage, de manutention et de transport.
7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'au moins une tuyauterie comprend un support complémentaire relié au sol.
8. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que ledit dispositif comprend un silencieux, un réchauffeur, des vannes et des clapets.
9. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le réchauffeur, le silencieux et les adsorbeurs sont en position verticale.
10. Dispositif selon l'une des revendications 8 ou 9, caractérisé en ce que lesdits adsorbeurs supportent le silencieux (5) dans son intégralité, directement et/ou par l'intermédiaire des tuyauteries (4) et/ou par l'intermédiaire de l'ensemble de supports (7).
11. Dispositif selon l'une des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que lesdits adsorbeurs supportent le réchauffeur (6) dans son intégralité directement et/ou par l'intermédiaire des tuyauteries (4) et/ou par l'intermédiaire de l'ensemble de supports (7).
12. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que le dispositif comprend des équipements nécessitant une maintenance et/ou une manipulation disposés en façade.
13. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que le dispositif comprend une entrée (10) de gaz vers un premier adsorbeur et une sortie (9) de gaz en provenance d'un second adsorbeur situées du même coté du dispositif.
14. Utilisation du dispositif de purification selon l'une de revendications de 1 à 13, pour produire de l'air alimentant une unité de séparation cryogénique de l'air.
EP09784361A 2009-02-20 2009-02-20 Module de purification Withdrawn EP2398573A1 (fr)

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US (1) US20120042781A1 (fr)
EP (1) EP2398573A1 (fr)
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