EP3820604A1 - Dispositif en toile permettant de limiter ou supprimer la migration de particules entre deux couches - Google Patents

Dispositif en toile permettant de limiter ou supprimer la migration de particules entre deux couches

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Publication number
EP3820604A1
EP3820604A1 EP19752215.4A EP19752215A EP3820604A1 EP 3820604 A1 EP3820604 A1 EP 3820604A1 EP 19752215 A EP19752215 A EP 19752215A EP 3820604 A1 EP3820604 A1 EP 3820604A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
particles
canvas
cylindrical envelope
crown
folds
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP19752215.4A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Christian Monereau
Lian-Ming Sun
Bernard FRAIOLI
Benjamin MORINEAU
Vincent Gueret
Eric BIRET
Chuan-min ZHUO
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
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
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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
Publication of EP3820604A1 publication Critical patent/EP3820604A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/30—Loose or shaped packing elements, e.g. Raschig rings or Berl saddles, for pouring into the apparatus for mass or heat transfer
    • B01J19/305—Supporting elements therefor, e.g. grids, perforated plates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/008—Details of the reactor or of the particulate material; Processes to increase or to retard the rate of reaction
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/02—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
    • B01J8/04—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid passing successively through two or more beds
    • B01J8/0446—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid passing successively through two or more beds the flow within the beds being predominantly vertical
    • B01J8/0449—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid passing successively through two or more beds the flow within the beds being predominantly vertical in two or more cylindrical beds
    • B01J8/0453—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid passing successively through two or more beds the flow within the beds being predominantly vertical in two or more cylindrical beds the beds being superimposed one above the other
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00796—Details of the reactor or of the particulate material
    • B01J2208/00884—Means for supporting the bed of particles, e.g. grids, bars, perforated plates

Definitions

  • Cloth device to limit or eliminate the migration of particles between two layers
  • the present invention relates to a device intended to be interposed between a lower layer and an upper layer of particles arranged in a cylindrical envelope, so as to limit or eliminate the migration of particles between the layers.
  • This device located at the interface of the two particulate media is porous vis-à-vis the fluids possibly circulating in the envelope. It is designed to remain in contact with both the lower and upper layers even if they settle. It can be used in a reactor, an adsorber or more generally in any storage capacity in which it is desired to perfectly separate different layers of particles while leaving the possibility for a fluid to circulate freely.
  • the section of said envelope can be arbitrary but will generally be circular, the envelope then being in the form of a cylinder with a vertical axis.
  • the process for producing pure hydrogen using a PSA Pressure Swing Adsorption
  • the adsorbers used in such a process are generally in the form of cylinders with a vertical axis. From bottom to top, we can thus find in the envelope an inlet / outlet for the fluids in circulation (gas to be treated, waste, etc.), a support of the grating type for example, different layers of inert particles facilitating good distribution.
  • the gas to be treated comes from a steam reforming, we can then successively find activated alumina, activated carbon and several types of zeolite (5A, 13X, LiLSX ...) to successively stop the water, secondary impurities, CO2, methane, carbon monoxide and nitrogen.
  • adsorbents activated carbon, zeolites
  • zeolites can for example be regenerated at the supplier after a first use during which they have been contaminated, generally by humidity. After treatment, they then recover almost all of their initial capacity but will generally be used for safety as a protective layer under the same new or unpolluted adsorbent instead of being mixed with the latter.
  • the wall causes a discontinuity in the arrangement of the particles of a bed.
  • the surface of the wall being generally flat, the rate of local vacuum is different from that within the bed. This void rate is very generally higher at this location and is reflected over a distance of several particles. As before, these effects have been studied and are known to those skilled in the art.
  • an intermediate layer whose role will be to prevent any migration of particles.
  • This layer may be inert with respect to the process or only not optimal.
  • a layer of activated alumina of 2 mm in diameter normally surmounted by a layer of zeolite of 0.6 mm in diameter
  • a layer of zeolite of 1.2 mm in diameter of a few centimeters to buffer In addition to the slightly unfavorable effect linked to slower kinetics, this complicates the filling by adding a new material which must be carefully placed in view of the minimum height that one wishes to install.
  • a problem is to provide an improved means for limiting or eliminating the migration of particles between at least two layers of different particulate materials.
  • a solution of the present invention is a device intended to be interposed between a lower layer and an upper layer of particles arranged in a cylindrical envelope, so as to limit or eliminate the migration of particles between the layers, said device comprising a crown of fabric presenting:
  • a lower part comprising at least six identical lying folds, each fold being formed by two edges joining at a point and the folds being spaced apart from each other so that the lower part is substantially perpendicular to the upper part when the folds are in the folded position.
  • the “equivalent diameter” of a particle is that of the sphere having the same specific surface, the specific surface being the surface referred to the volume of the particle considered.
  • the mesh of the canvas is less than the equivalent diameter of the particles means in fact less than the smallest of the equivalent diameters of the particles of the lower and upper layers.
  • dispersion of particle sizes one may even wish to have a mesh no longer smaller than the equivalent diameter but smaller than the smallest particles.
  • the term "canvas” is given here a very general meaning defining a flexible material consisting of threads and having free passages allowing the circulation of a fluid, more particularly a gas.
  • the canvas will preferably be formed from a fabric.
  • the term “fabric” preferably means an element obtained by interlacing of wires and having regular openings.
  • the canvas can be woven and obtained by interlacing parallel stretched threads (warp threads) and threads arranged perpendicularly to these (weft threads) by suitable tools (shuttle, pliers, projectile, etc.). There are a large number of weaving possibilities depending on the interweaving modes of the threads and the characteristics of the warp and weft threads (plain square mesh, crossed square, crossed, bridled, seasoned ).
  • the fabrics cover a fairly wide area with wires whose diameter can range from around a millimeter to a few tens of microns, the majority being between 0.5 mm and 40 microns.
  • the opening (void) is generally between several millimeters and a hundred microns.
  • the void rate ranges from 20 to 80%, more frequently from 30 to 70%.
  • the material of the canvas crown will be chosen from metals, more particularly stainless steel, polymers, for example nylon, or more generally textiles (linen, various synthetic materials).
  • the fabric used in the context of the invention can be a fabric made of crisscrossed stainless steel wires of 0.2 mm in diameter with openings of 0.45 mm by 0.45 mm. Wires of larger diameter could be used by using synthetic materials while retaining equivalent flexibility.
  • the choice of the number and dimensions of the plies depends on several parameters, in particular on the percentage of the total section which it is desired to cover with said crown, on the quality of the contact between the crown and the ferrule.
  • six plies seem a minimum to ensure under acceptable conditions the desired sealing function.
  • the device according to the invention can be considered as a floating system.
  • floating system is meant a device which remains in contact with the lower and upper layers even in the event of the beds being packed (by “bed” is meant “layer”), in particular of the lower bed.
  • This settlement over time is more or less significant depending on the quality of the initial filling of the particles, but generally remains low. It could for example be of the order of 1 to 5 centimeters maximum for a bed with an initial height of one meter.
  • this settlement generally affects the entire mass of the particulate material, so that the upper interface of the layer subject to this phenomenon remains approximately horizontal.
  • One of the advantages of the floating system is that the upper layer of particles exerts pressure on the interface of the lower layer limiting the possibilities of movement of the particles. This reduces the risk of attrition and generally higher speeds can be used for circulating fluids. It is often the role of the layer located at the very top of the envelope for which a high density material (ceramic, metal, etc.) is then chosen.
  • coated pleats it is meant that the canvas which initially appears in the form of a strip has been locally deformed in order to create a plurality of coated pleats which remain free to open or close according to the manipulations that this canvas is subjected to.
  • lying folds is meant folds formed by two edges and which are found flat in the folded position, that is to say closed. In the context of the invention, the coated folds have the distinction of having two edges which meet at a point.
  • Diagram 2. a simply represents a piece of canvas 10, the folded corner 11 allowing, via the different coloring, to distinguish the top (clear) from the bottom (shaded).
  • Diagram 2. b shows in dotted lines (12, 13) the tracing of the edges which one wants to carry out.
  • Diagram 2.c is a perspective view of the fabric on which the fold formed by the 2 edges 12 and 13 has been made. The fold is then still partially open.
  • Diagram 2.d corresponds to the same piece of canvas after the lying fold has been laid flat, that is to say completely folded down. It is considered that in this position the fabric is in a folded position. In fact, in such a device the maximum thickness of the fabric is approximately 3 times its basic thickness, that is to say in the case of the example of the order of 1.2 mm.
  • a first important point highlighted in FIG. 1 is that the folding is not irreversible and that it is possible to pass easily from the configuration la to the configuration ld and from configuration ld to configuration la We will say then that the folds are in the unfolded or folded position ld We will come back to this point later.
  • the folded fold as we have made it very significantly changes the geometry of the canvas: it allows to change the orientation of the strip, from an angle marked x on the diagram ld, it retains the upper length of the device since the dimensions 14 and 15 correspond exactly to the initial length of the strip, but on the other hand because of the fold shortens the lower length. It is understood that if we continued folding in the same way with a longer strip (additional piece of length 16 shown in dotted lines in the diagram ld, for each unit length of strip 14, 15, 16 ultimately corresponds to a length 17 significantly shorter.
  • the device according to the invention makes it possible to ensure both complete sealing, including at the level of the internal wall of the cylindrical envelope, permanent contact between the upper layer and the lower layer of particles via said device even in the event of compaction of the latter, good distribution over the entire section of fluids circulating through the layers while being easy and quick to implement.
  • the device according to the invention may have one or more of the following characteristics:
  • the space left in the center of the crown forms a regular polygon, preferably 8, 10, 12, 14, 16, 18 or 20 sides and more preferably 12 or 16 sides;
  • the coated plies are separated from each other along the lower part of the canvas crown by a substantially identical distance;
  • substantially we want to take into account the differences between the theoretical definition and the practical realization of the folds, differences due to the tolerances allowed for manufacturing and possibly to deformations due to the flexibility of the material. These deviations represent only a few millimeters or a few percent of the theoretical dimensions.
  • - It includes a sealing disc made of canvas or wire mesh of diameter less than or substantially equal to the internal diameter of the cylindrical envelope, the disc and the lower part of the crown of canvas being superimposed.
  • the present invention also relates to a unit comprising:
  • the unit according to the invention may have one or more of the characteristics below:
  • the lower part of the canvas crown covers between 5% and 95% of the surface of the lower layer
  • the unit comprises a device according to the invention interposed between the lower layer and the upper layer of particles and the canvas disc assembly - lower part of the canvas crown covers the entire section of the cylindrical envelope;
  • the unit comprises a grid placed on the device according to the invention.
  • the particles are chosen from adsorbent particles, catalytic particles and inert particles serving as a support, for distributing fluids or for filling dead volumes;
  • the unit is a catalytic reactor or an adsorber.
  • the present invention also relates to a method of manufacturing a device according to the invention, comprising the following steps:
  • the number of coated plies will be determined using software, in particular by entering the internal diameter of the cylindrical envelope.
  • the present invention also relates to a method for manufacturing a unit according to the invention, comprising the following steps:
  • step b) fixing the upper end of the upper part of the device obtained in step a) over its entire length to the internal wall of the cylindrical envelope
  • step c) deployment of the folds, elevation of the lower part of the device obtained in step a) and maintenance of said lower part pressed against the internal wall of the cylindrical envelope,
  • step e) elimination of the plating of the lower part of the device obtained in step a) on the internal wall of the cylindrical envelope and folding of the coated plies so that the lower part is substantially perpendicular to the upper part, and
  • the method of manufacturing the unit according to the invention may have one or more of the following characteristics:
  • step c) the maintenance of said lower part pressed against the internal wall of the cylindrical envelope is carried out by means of temporary fixings preferably chosen from magnets and adhesives;
  • the method comprises between steps e) and f) a step of positioning a grid on the device obtained in step a);
  • the attachment of the upper end of the upper part of the device obtained in step a) over its entire length to the internal wall of the cylindrical envelope is carried out using plates arched support.
  • the "holding dishes” can also be called “flat irons”. They will preferably be organized into sectors.
  • the holding plates are welded, screwed via studs fixed to the cylindrical casing and / or glued to the cylindrical casing.
  • the method of manufacturing the unit according to the invention comprises the following steps:
  • step c) fixing of the upper part of the device obtained in step a) over its entire length to the internal wall of the cylindrical envelope, d) folding of the folded plies so that the lower part of the device is substantially perpendicular to the upper part of the device, and
  • the method according to this second alternative may have one or more of the following characteristics:
  • the method comprises between steps c) and d) a step of positioning a grid on the device obtained in step a);
  • step a) the upper end of the upper part of the device obtained in step a) is fixed over its entire length to the internal wall of the cylindrical envelope is produced using retaining plates (also commonly called flat iron ) in the form of previously bent sectors;
  • the holding plates are welded, screwed via studs fixed to the cylindrical casing and / or glued to the cylindrical casing.
  • step a) The fixing of the upper end of the upper part of the device obtained in step a) is obtained by threading the canvas on a plurality of studs welded on a circumference of the internal wall of the cylindrical envelope then by pressing it in place. the wall of said envelope by means of holding plates tightened by nuts.
  • FIG. 2 shows a device according to the invention in a cylindrical envelope of radius R.
  • the geometry used here for the horizontal part of the canvas is that of a regular hexagon decagon. This allows using 16 sectors to get very close to a circle, the difference on the perimeters being of the order of a percent.
  • FIG. 3 represents the top views of 2 devices according to the invention in place in a ferrule (cylindrical casing) of the same diameter as well as the rules for folding the strip of fabric used to arrive at these configurations.
  • the thickness of the fabric crown is of the order of 38% of the radius of the ferrule, in diagram 3.c it represents approximately 75% of this same radius. In both cases, the rest of the fabric is pressed against the ferrule and is therefore normal to the section of the ferrule. This part is represented by the thick line at the periphery.
  • the basic polygon used in this case is a regular dodecagon.
  • the thickness of the sealing ring in diagram 3. a could be reduced, for example by a factor of 2, if it is desired with this device to only ensure sealing at the periphery.
  • sealing is meant here the suppression of the migration of the particles between the lower and upper layers of particles.
  • the canvas crown is suitable for covering, starting from the periphery, with a few percent of the surface, say 5% to about 95%.
  • a sealing disc made of canvas or mesh will be superimposed on the canvas crown. This small diameter disc can pass in one piece through the outlet.
  • the canvas crown can be used alone as soon as one seeks only to make a seal at the periphery. As explained above, this can be the case for example when the respective size of the particles of the 2 layers in contact is such that there can be no mixing far from the edges but that the increase in the void rate at the level of the wall is sufficient to allow local infiltration. The presence of vibrations can also cause small movements always at the level of the wall, likely to favor this type of infiltration.
  • the device according to the invention can therefore comprise a fabric, the meshes of which are also smaller than the dimensions of the particles, in the form of a disc with a diameter less than or essentially equal to that of the cylindrical envelope, which disc is placed above the above or below the canvas crown, the disc-canvas crown assembly then covering the entire section of the cylindrical envelope.
  • Figure 4 shows such an assembly.
  • the references 30 and 31 represent a section of the cylindrical envelope and of the upper part of the canvas crown 32 pressed against the internal wall of the cylindrical envelope.
  • a canvas disc 33 is arranged on the sealing ring so that there is overlap of the disc - canvas ring assembly over the entire section of the cylindrical envelope. It may be advantageous to limit any possibility of subsequent displacement of this disc to provide that this disc has a diameter substantially equal to the internal diameter of the cylindrical envelope. Determining the overlap between the canvas crown and the canvas disc is a very important point.
  • the aim of this covering is to avoid any migration of the particles.
  • the envelope being filled we want to avoid the migration of the particles from above downwards and / or the migration of particles from the lower layer to the upper layer, which has been shown on the Figure 5.a in Figure 5.
  • the canvas crown and the canvas disc have been intentionally spaced out excessively to show the path of the particles to be avoided.
  • the canvas crown and the canvas disc resting on each other the possibilities of such migration are very reduced, especially as it would require a centrifugal or centripetal force within the layers , which is unlikely in most applications, especially when moving away from the edge.
  • the movement of the canvas of the sealing device will generally be very slow if the unit has been filled correctly and operated according to the rules of the art, however it is advisable to choose for the fabrics of the canvas crown and of the canvas disc of materials whose surface appearance allows such sliding. This is generally the case when using standard fabrics. It is also understood that the material of the sealing canvas must be flexible enough to be able to fold and then unfold easily.
  • the unit according to the invention can also have a grid (or grating) in direct support on the device according to the invention.
  • Figure 6 shows a section 40 of a grating installed in pieces above the device 41 according to the invention.
  • the purpose of this element is to help hold the canvas in place with the canvas crown and flatten the folds. It will be significantly more rigid than the canvas, heavier but preferably have large openings, this equipment in itself does not need to be sealed against particles.
  • the shape can be arbitrary from the moment when it covers a majority of the surface of the canvas crown and of the folds that it comprises. It will be noted that the canvas disc which would completely cover the section of the envelope has not been shown here.
  • step a) of preparation will preferably include cutting the fabric strip.
  • the manufacturing plan of the device will have been established, preferably using software which makes it possible to automatically draw the strip flat (essentially rectangular), that is to say in the unfolded configuration, with the location of the folds and the diagram of the device once folded, this simply from the internal diameter of the ferrule, the choice of the regular polygon that one wants to obtain, preferably a dodecagon or a hexagon decagon, and the dimension canvas crown initial.
  • the canvas does not have to be absolutely rectangular in the strict geometric sense but that it can have small deviations of a few percent on this ideal geometry, whether on dimensions or angles.
  • the length depending on how the canvas is attached to the shell, it may be advisable to leave an overlap of a few centimeters at the ends.
  • the folds previously marked on the canvas are then made with the help of a template and / or a suitable tool.
  • the coated folds thus made are not kept fixed flat in the folded position by any process (gluing, welding, etc.) but, on the contrary, left free to move.
  • the most common method is to wedge this sandwich edge between two identical dishes on either side of the canvas.
  • this step makes it easier to manipulate the fabric, to facilitate its positioning in the shell while having a device of limited volume which can be entered into the envelope by a reduced opening such as an outlet pipe of the fluids or a manhole.
  • 4 to 6 holding plates - which will generally be doubled to make the sandwich described above - constitute a good compromise between handling and fixing.
  • a plurality of studs are welded along a circumference of the ferrule, at the height provided for fixing the crown.
  • the number of studs essentially depends on the diameter of the envelope. They will be regularly spaced for example from 50 to 200 mm.
  • the crown which then has corresponding holes is put in place using these studs as a support. In the same way, the sectors of holding dishes previously bent are placed, then the whole is tightened using nuts. Washers and gaskets necessary for sealing are part of the system.
  • the method then comprises
  • the plating of the lower part of the device according to the invention on the inner wall of the cylindrical envelope is removed and the folds folded so that the lower part is substantially perpendicular to the upper part.
  • the device according to the invention may be introduced after the introduction of the first particulate layer into the cylindrical envelope.
  • the upper level of the lower layer of particles is located below the location corresponding to the fixing of the crown on the ferrule.
  • the upper part of the crown then extends downwards, from its point of attachment to the level of the layer. It is however possible to have the upper level of the particle layer above said fixing point.
  • the part of the crown pressed against the ferrule is then located above its fixing point. It is the particles of the lower layer which keep it pressed against the wall.
  • the invention relates more particularly to the processes for producing or purifying gases using cylindrical casings, these casings being essentially catalytic reactors or adsorbers.
  • adsorbers means devices implementing adsorption methods. A distinction is made between TSA adsorbers and PSA adsorbers.
  • PSA is used interchangeably to designate the following cyclic processes, to which it is also common to give more specific names depending on the pressure levels involved or the time required for an adsorber to return to its initial point.
  • cycle time - VSA processes in which adsorption takes place substantially at atmospheric pressure, preferably between 0.95 and 1.25 bar abs and the pressure of desorption is less than atmospheric pressure, typically 50 to 400 mbar abs;
  • MPSA or VPSA processes in which adsorption takes place at a high pressure higher than atmospheric pressure, typically between 1.35 and 6 bar abs, and desorption at a low pressure lower than atmospheric pressure, generally between 200 and 650 mbar abs;
  • the actual PSA processes in which the high pressure is substantially higher than atmospheric pressure, typically between 3 and 50 bar abs and the low pressure substantially equal to or greater than atmospheric pressure, generally between 1 and 9 bar abs;
  • RPSA Rapid PSA
  • the humidity and the CO 2 contained in the atmospheric air are poisons for the zeolites used in this application and this all the more since this zeolite is effective for the separation O 2 / N 2.
  • the adsorbent charges should be put in place quickly to minimize their contact with the atmosphere.
  • the device according to the invention perfectly meets this constraint.
  • an adsorber of such a unit will now be described in more detail on the choice of materials used, their dimensions and their placement. If the largest oxygen production units, for example beyond 100 tonnes 02 per day, implement Radial adsorbers, medium-sized units, for example between 20 and 100 tonnes per day, use small, medium-sized cylindrical adsorbers of vertical axis adsorbers operating in parallel to replace a larger single adsorber. We then speak of clusters (or groups), the basic element then being called module. In the case of our example, the modules used are all identical with a cylindrical shell with an external diameter of 2100 mm and a height of 1300 mm.
  • each adsorber in the process sense of the cycle
  • Oxygen production ranges from around 33 to a little over 40t / d depending on the purity sought (from 90 to 93.5% mole) and the machines used.
  • the support layer consists of inert balls of relatively large diameter (approximately 10 mm) in order to create a minimum pressure drop, in particular during vacuum pumping during the regeneration phase.
  • the dimensions of the desiccant particles are small so that the adsorption kinetics are sufficiently high and adapted to the duration of the cycles much less than a minute.
  • the adsorbent is chosen according to the site conditions (pollution, temperature ). Here, these are activated alumina beads 2mm in diameter. There are therefore possibilities of interpenetration of the two layers and in particular, the risk is very high at the wall. The wall is therefore sealed using the device described and which is the main object of the invention.
  • the length of the fabric strip is 6600 mm.
  • the width retained is 500mm knowing that approximately 100 mm will correspond to the upper part of the strip which will be pressed against the shell and approximately 400 mm will correspond to the lower part of the strip which will present the folded folds.
  • the selected fabric is a metallic fabric formed by stainless steel wires of 0.2 mm in diameter.
  • the retained opening is 0.45 by 0.45 mm not only much smaller than the dimensions of the activated alumina but also avoiding any risk of clogging.
  • Each elementary folding can be done using a square-shaped template, the base of which has been calculated from the dimensions of the regular polygon which it is desired to obtain after folding. If we reason at first approach on circumferences by assimilating regular polygons to circles, which is accurate to within a few percent and especially as we choose a polygon with many sides, we would need a base for each 105 mm fold to remove 210 mm by folding each fold, or by doing this 12 times by removing the equivalent of 2520 mm to the length of the strip. A circumference of the remaining length of 4015 mm (6535-2520) corresponds to a circle with a diameter of approximately 1280 mm, which is what we were looking for. In practice, for the exact geometry considered, a more precise calculation gave a base of 107 mm.
  • a 3 mm thick and 25 mm wide retaining plate curved to the dimensions of the ferrule and welded to 4 identical sectors of 1634 mm long is welded on each side.
  • the folded crown is returned to the ferrule and welded via the holding plates on a reinforcing strip 3mm thick and 50mm wide, itself welded beforehand to the ferrule at the appropriate height.
  • a sealing weld completes the fixing.
  • the folds are deployed and the canvas crown has the shape of a cylinder matching the geometry of the ferrule.
  • Diagram 7.a of FIG. 7 represents in section the crown of cloth in this position with 50 marks the ferrule, 51 the reinforcement welded on the wall of the ferrule 52 the cloth, 53 and 54 the plates fixed to the cloth, the outer plate itself being welded to the reinforcement 51 and 55 the circular sealing weld. All these steps are done in the workshop. The filling in the case of the example was also done in the workshop and the modules were transported full. Filling could possibly be done on site but this is not the solution here.
  • the lower part of the crown 52 is folded over the wall as shown in diagram 8. b and held in place by magnets 56 which hold to the carbon steel of the ferrule.
  • the support balls are arranged up to the planned height.
  • the fabric used for the disc is the same as the fabric of the sealing device, namely a fabric made of 0.2 mm diameter wires with openings of 0.45 mm by 0.45 mm.
  • the magnets are then removed and the canvas is deployed on the periphery of the ferrule, on the disc that we just put in place.
  • the scope of the invention is limited to cylindrical envelopes which constitute the vast majority of envelopes used in particular in chemical or petrochemical processes. If necessary, this invention could be adapted to other geometries by determining a more adequate folding.

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Abstract

Dispositif en toile permettant de limiter ou supprimer la migration de particules entre deux couches Dispositif destiné à être intercalé entre une couche inférieure et une couche supérieure de particules disposées dans une enveloppe cylindrique, de manière à limiter ou supprimer la migration des particules entre les couches, ledit dispositif comprenant une couronne de toile présentant: -des mailles de diamètre équivalent inférieur au diamètre équivalent des particules, -une longueur égale au périmètre interne de la base de l'enveloppe cylindrique, -une partie supérieure présentant une extrémité supérieure destinée à être fixée sur toute sa longueur à la paroi interne de l'enveloppe cylindrique, et -un partie inférieure comprenant au moins six plis couchés identiques, chaque pli étant formés par deux arêtes se rejoignant en un point et les plis étant espacés les uns par rapport aux autres de manière à ce que la partie inférieure soit sensiblement perpendiculaire à la partie supérieure lorsque les plis couchés sont en position pliée.

Description

Dispositif en toile permettant de limiter ou supprimer la migration de particules entre deux couches
La présente invention est relative à un dispositif destiné à être intercalé entre une couche inférieure et une couche supérieure de particules disposées dans une enveloppe cylindrique, de manière à limiter ou supprimer la migration des particules entre les couches.
Ce dispositif situé à l'interface des deux milieux particulaires est poreux vis-à-vis des fluides éventuellement en circulation dans l'enveloppe. Il est conçu pour rester en contact à la fois avec les couches inférieure et supérieure même en cas de tassement de ces dernières. Il peut être utilisé dans un réacteur, un adsorbeur ou plus généralement dans toute capacité de stockage dans laquelle on veut séparer parfaitement différentes couches de particules tout en laissant la possibilité à un fluide de circuler librement. La section de ladite enveloppe peut être quelconque mais sera généralement circulaire, l'enveloppe se présentant alors sous la forme d'un cylindre d'axe vertical.
Il est fréquent dans de nombreux procédés industriels de vouloir superposer différentes couches de particules et éviter tout mélange entre ces couches. Le procédé de production d'hydrogène pur au moyen d'un PSA (Pressure Swing Adsorption = adsorbeur à variation de pression) en est un exemple typique. Les adsorbeurs utilisés dans un tel procédé se présentent généralement sous la forme de cylindres à axe vertical. De bas en haut, on pourra ainsi trouver dans l'enveloppe une entrée/sortie pour les fluides en circulation (gaz à traiter, résiduaire...), un supportage de type caillebotis par exemple, différentes couches de particules inertes facilitant la bonne répartition du gaz à travers toute la section de l'adsorbeur (billes de céramiques ou tout autre produit de formes diverses développé pour cet usage), puis, disposées les unes sur les autres, les différentes couches d'adsorbants choisis pour optimiser la séparation entre l'hydrogène et les impuretés. Si le gaz à traiter provient d'un réformage à la vapeur, on pourra alors trouver successivement de l'alumine activée, du charbon actif et plusieurs types de zéolite (5A, 13X, LiLSX...) pour arrêter successivement l'eau, les impuretés secondaires, le C02, le méthane, le monoxyde de carbone et l'azote. Au-dessus de la dernière couche d'adsorbant, on pourra à nouveau trouver des billes inertes destinées à réduire le volume mort du fond supérieur de l'adsorbeur, à faciliter la bonne distribution du gaz, à éviter les mouvements des particules d'adsorbant... Les différentes couches que l'on va trouver ont des caractéristiques plus ou moins différentes. Elles peuvent ainsi se différencier
- par la forme : billes, selles, bâtonnets, pastilles, plaques, granulés, concassés, barillets (pastilles perforées) ...
- par les dimensions : de quelques centimètres pour les éléments de supportage à moins d'un millimètre pour certaines couches de zéolite par exemple...
- par la densité : de moins de 500 grammes par litre pour du charbon actif à plusieurs kilogrammes dans le cas de billes en acier utilisées comme éléments inertes...
- par l'état de surface allant de paroi lisse (céramique, certains adsorbants...) à paroi rugueuse (charbon actif...), voire anguleuse ou présentant des aspérités.
On notera que l'on peut vouloir séparer deux couches successives de produits identiques. Certains adsorbants (charbon actif, zéolites) peuvent par exemple être régénérés chez le fournisseur après une première utilisation au cours de laquelle ils ont été contaminés, généralement par de l'humidité. Après traitement, ils récupèrent alors la quasi-totalité de leur capacité initiale mais seront généralement utilisés par sécurité comme couche de garde sous un même adsorbant neuf ou non pollué au lieu d'être mélangés à ce dernier.
On conçoit que dans le cas du PSA H2 pris comme exemple, tout mélange de couches aurait des effets négatifs sur le procédé. Cela pourrait conduire à des bouchages partiels locaux conduisant à des défauts de répartition des fluides en circulation, à des couches d'épaisseur non uniforme, à la présence d'adsorbant dans des zones où il n'a pas lieu d'être (risque d'empoisonnement s'il se trouve plus près de l'alimentation que prévu et est mis en présence d' impuretés incompatibles avec son bon fonctionnement, risque d'inefficacité s'il se retrouve au contraire dans une zone plus proche de la sortie que prévu en présence dans ce cas d'impuretés pour lesquelles il ne présente que peu d'affinité).
Autant que faire se peut, l'Homme de l'Art utilisera une succession de matériaux particulaires qui ne peuvent se mélanger par nature. Les billes assurant le supportage des adsorbants ou des catalyseurs et la distribution des fluides en sont le meilleur exemple. Les fournisseurs ont développé des gammes de produits dont l'utilisation en couches successives évite toute possibilité de mélange y compris à la paroi.
Il convient de noter dès à présent deux points importants quand on parle de couches de matériaux particulaires : - L'arrangement entre les particules d'une même couche dépend de la manière dont s'est fait le remplissage. Le taux de vide du lit ainsi formé est variable et pour un lit de billes de taille uniforme va pouvoir aller pratiquement par exemple de 0.34 à 0.39 alors qu'en théorie l'intervalle potentiel est encore plus important entre les empilements extrêmes géométriquement possibles. Dans le cas de populations de billes présentant une certaine dispersion sur le diamètre, ce taux de vide peut être plus faible. De même une dispersion sur le facteur de sphéricité peut conduire à des lits plus ou moins tassé. Cela se traduit directement sur la densité du lit et on parle de remplissage dense ou de remplissage lâche ou desserré dans le cas inverse. Ces effets sont bien connus et permettent en particulier de déterminer pour une population donnée la section libre à travers laquelle des particules de taille moindre peuvent se faufiler et par là descendre progressivement dans le lit. Cette approche est plus délicate dans le cas de particules de formes variées et des essais peuvent être nécessaires pour déterminer taux de vide et limite d'interpénétration.
- La paroi provoque une discontinuité dans l'arrangement des particules d'un lit. La surface de la paroi étant généralement plane, le taux de vide local est différent de celui au sein du lit. Ce taux de vide est très généralement plus important à cet endroit et se répercute sur une distance de plusieurs particules. Comme précédemment, ces effets ont été étudiés et sont connus de l'Homme de l'Art.
Ainsi, pour supporter un lit d'adsorbant constitué de billes quasiment sphériques (coefficient de sphéricité supérieur à 0.95), de 3.0 mm de diamètre moyen avec moins de 1% de billes de diamètre moindre que 2.7 mm, on pourra mettre en place au-dessus de la grille support successivement 10 cm de billes de céramique de 20mm de diamètre, puis 10 cm de billes de 10mm, enfin 10 cm de billes de 5mm. On assurera ainsi une bonne distribution des fluides en circulation et un supportage sans risque d'interpénétration, même à la paroi.
Dans les applications industrielles, on ne trouve malheureusement pas que ce cas d'école très favorable et il est souvent nécessaire de prévoir un système pour empêcher le mélange de deux populations de particules déposées l'une sur l'autre. La nécessité d'installer un tel système peut être lié aux caractéristiques physiques respectives des deux couches en contact et/ou à la mise en œuvre des matériaux.
Parmi les caractéristiques physiques, on retrouve les dimensions et les densités respectives des particules des deux couches. Il peut être nécessaire par exemple d'utiliser une première couche d'adsorbant de dimension relativement importante pour limiter les pertes de charge suivie par une couche mince de petite dimension dans la zone frontale pour améliorer les performances du procédé. Au-delà d'un facteur 2 à 2.5 sur les dimensions, il existe un risque pour que les petites billes descendent dans la couche inférieure, en particulier dans le voisinage de la paroi. Un autre cas présentant des risques de mélange correspond à celui où la couche supérieure est constituée de particules de densité plus élevée que celles de la couche inférieure. Du fait de leur poids supérieur, les particules du haut peuvent localement écarter les particules du lit inférieur et descendre progressivement dans cette couche profitant de la mobilité relative des matériaux. Il existe également des évènements pouvant conduire à un mélange de couches apparemment stables. Il peut s'agir de chocs ou de vibrations occasionnés lors d'un transport ou par la proximité de machines. Les fluides en circulation à travers les différents lits peuvent également provoquer des mélanges que ce soit par leur vitesse élevée ou par des changements de régime. Il peut s'agir d'événements survenant en fonctionnement normal (à chaque ouverture de vannes par exemple) ou de façon accidentelle (ouverture intempestive d'une soupape...).
On notera qu'il est possible dans un certain nombre de cas de rajouter entre deux couches successives déterminées comme optimales vis-à-vis du procédé, une couche intermédiaire dont le rôle sera d'empêcher toute migration de particules. Cette couche pourra être inerte vis-à-vis du procédé ou seulement non optimale. Par exemple dans un empilage qui comprendrait une couche d'alumine activée de 2 mm de diamètre normalement surmontée par une couche de zéolite de 0.6 mm de diamètre, on intercale pour éviter les risques de migration, une couche de zéolite de 1.2 mm de diamètre de quelques centimètres pour faire tampon. Outre l'effet légèrement défavorable lié à une cinétique plus lente, cela complique le remplissage en rajoutant un nouveau matériau dont on doit soigner la mise en place vue la hauteur minimale que l'on souhaite installer.
Partant de là, un problème qui se pose est de fournir un moyen amélioré permettant de limiter ou de supprimer la migration de particules entre au moins deux couches de matériaux particulaires différents.
Une solution de la présente invention est un dispositif destiné à être intercalé entre une couche inférieure et une couche supérieure de particules disposées dans une enveloppe cylindrique, de manière à limiter ou supprimer la migration des particules entre les couches, ledit dispositif comprenant une couronne de toile présentant :
- des mailles de diamètre équivalent inférieur au diamètre équivalent des particules, - une longueur égale au périmètre interne de la base de l'enveloppe cylindrique,
- une partie supérieure présentant une extrémité supérieure destinée à être fixée sur toute sa longueur à la paroi interne de l'enveloppe cylindrique, et
- un partie inférieure comprenant au moins six plis couchés identiques, chaque pli étant formés par deux arêtes se rejoignant en un point et les plis étant espacés les uns par rapport aux autres de manière à ce que la partie inférieure soit sensiblement perpendiculaire à la partie supérieure lorsque les plis couchés sont en position pliée.
Le « diamètre équivalent » d'une particule est celui de la sphère ayant la même surface spécifique, la surface spécifique étant la surface rapportée au volume de la particule considérée.
Dire que la maille de la toile est inférieure au diamètre équivalent des particules signifie en fait inférieur au plus petit des diamètres équivalents des particules des couches inférieures et supérieure. Dans le cas de dispersion des tailles de particules, on peut même souhaiter avoir une maille non plus inférieure au diamètre équivalent mais inférieure aux particules les plus petites.
On donne ici au terme « toile » un sens très général définissant un matériau souple constitué de fils et présentant des passages libres permettant la circulation d'un fluide, plus particulièrement d'un gaz. La toile sera de préférence formée à partir d'un tissu. Ici on entend de préférence par « tissu » un élément obtenu par entrelacement de fils et présentant des ouvertures régulières. La toile peut être tissée et obtenue par entrelacement de fils tendus parallèles (fils de chaîne) et de fils disposés perpendiculairement à ceux-ci (fils de trame) par un outillage adapté (navette, pince, projectile...). Il existe un grand nombre de possibilité de tissage suivant les modes d'entrecroisement des fils et les caractéristiques des fils de chaîne et de trame (maille carrée unie, carrée croisée, croisée, bridée, chevronnée...).
Les toiles couvrent un domaine assez large avec des fils dont le diamètre peut aller de l'ordre du millimètre à quelques dizaines de microns, la majorité étant comprise entre 0.5 mm et 40 microns. L'ouverture (vide) est généralement comprise entre plusieurs millimètres et une centaine de microns. Le taux de vide va quant à lui de 20 à 80%, plus fréquemment de 30 à 70%.
Dans le dispositif selon l'invention, le matériau de la couronne de toile sera choisi parmi les métaux, plus particulièrement l'acier inoxydable, les polymères, par exemple le nylon, ou plus généralement les textiles (lin, matières synthétiques diverses)... A titre d'exemple la toile utilisée dans le cadre de l'invention peut être un tissu fait de fils d'acier inoxydable entrecroisés de 0.2 mm de diamètre avec des ouvertures de 0.45mm par 0.45mm. On pourrait utiliser des fils de diamètre plus important en utilisant des matières synthétiques tout en conservant une souplesse équivalente.
En notant que la partie inférieure de la couronne est « sensiblement » perpendiculaire à l'axe vertical de la virole, on veut signifier que l'invention s'applique même si la surface supérieure de la couche particulaire inférieure ne se présente pas sous la forme d'un disque horizontal parfait. On sait que malgré les précautions prises lors du remplissage, il y aura un dénivelé résiduel entre le point le plus haut et le point le plus bas de ladite couche. Par rapport à la hauteur moyenne, ce dénivelé peut atteindre quelques centimètres, par exemple + ou - 5cm pour une virole de 2 m de diamètre. Une toile appliquée sur cette surface va donc faire un angle légèrement différent des 90° théorique.
De même, pour les plis, si le plan de réalisation correspond à des plis régulièrement espacés avec des arêtes se rejoignant en un point, ces plis pourront en pratique présenter quelques écarts avec leur définition théorique. On parle ici de différences de quelques millimètres tant sur les dimensions respectives que sur leurs extrémités, dues aux tolérances de fabrication et à la nature du matériau (toile). Cela n'a pas d'impact sur le principe de l'invention.
Comme indiqué plus bas, le choix du nombre et des dimensions des plis dépend de plusieurs paramètres, en particulier du pourcentage de la section totale que l'on veut recouvrir par ladite couronne, de la qualité du contact entre la couronne et la virole... six plis semblent un minimum pour assurer dans des conditions acceptables la fonction d'étanchéité recherché. Généralement, on retiendra, comme expliqué par la suite, un plus grand nombre de plis.
Par ses caractéristiques le dispositif selon l'invention pourra être considéré comme un système flottant. En effet, par « système flottant » on entend un dispositif qui reste au contact des couches inférieure et supérieure même en cas de tassement des lits (par « lit » on entend « couche »)), en particulier du lit inférieur. Ce tassement au cours du temps (transport, fonctionnement...) est plus ou moins important suivant la qualité du remplissage initial des particules mais reste généralement faible. Il pourra être par exemple de l'ordre de 1 à 5 centimètres maximum pour un lit de hauteur initiale d'un mètre. De plus, ce tassement touche généralement toute la masse du matériau particulaire, ce qui fait que l'interface supérieure de la couche sujette à ce phénomène reste approximativement horizontale. Le dispositif retenu pour réaliser la séparation, accompagnant la descente des particules sur lesquelles elle repose, reste alors en contact avec la couche inférieure qu'elle suit dans son mouvement et bien sûr avec la couche supérieure qui est toujours en appui sur elle et facilite ce contact. Un des intérêts du système flottant est que la couche de particules supérieure exerce une pression sur l'interface de la couche inférieure limitant les possibilités de mouvement des particules. On diminue ainsi les risques d'attrition et on peut généralement utiliser des vitesses plus élevées pour les fluides en circulation. C'est souvent le rôle de la couche située tout en haut de l'enveloppe pour laquelle on choisit alors un matériau de densité élevé (céramique, métal...).
Par « comprenant des plis couchés », on entend que la toile qui se présente initialement sous la forme d'une bande a été localement déformée afin de créer une pluralité de plis couchés qui restent libres de s'ouvrir ou de se fermer selon les manipulations que l'on fait subir à cette toile. Par « plis couchés » on entend des plis formés par deux arêtes et qui se retrouvent à plat en position pliée, c'est-à-dire fermée. Dans le cadre de l'invention, les plis couchés ont la particularité d'avoir deux arêtes qui se rejoignent en un point.
Le schéma 2. a représente simplement un morceau de toile 10, le coin replié 11 permettant via la coloration différente de distinguer le dessus (clair) du dessous (ombré). Le schéma 2. b montre en pointillé (12, 13) le tracé des arêtes que l'on veut effectuer. Le schéma 2.c est une vue en perspective de la toile sur laquelle le pli formé par les 2 arêtes 12 et 13 a été effectué. Le pli est alors encore partiellement ouvert. Le schéma 2.d correspond au même morceau de toile après que le pli couché ait été mis à plat, c'est-à-dire totalement rabattu. On considère que dans cette position la toile est dans une position pliée. En effet, dans un tel dispositif l'épaisseur maximale de la toile est d'approximativement 3 fois son épaisseur de base, c'est-à-dire dans le cas de l'exemple de l'ordre de 1.2 mm. On a donc des variations d'épaisseur de l'ordre du millimètre entre différents points de la toile une fois celle-ci pliée, ce qui est négligeable par exemple par rapport au défaut d'horizontalité qu'on peut trouver à la surface libre d'une couche de particules quels que soient les moyens mis en œuvre pour assurer le meilleur remplissage possible de l'enveloppe.
Un premier point important mis en évidence sur la Figure 1 est que le pliage n'est pas irréversible et que l'on peut passer facilement de la configuration l.a à la configuration l.d et de la configuration l.d à la configuration l.a. On va dire alors que les plis sont en position dépliée l.a ou pliée l.d. On reviendra sur ce point ultérieurement.
Le deuxième point important est que le pli couché tel qu'on l'a réalisé, change très sensiblement la géométrie de la toile : il permet de changer l'orientation de la bande, d'un angle repéré x sur le schéma l.d, il conserve la longueur supérieure du dispositif puisque les dimensions 14 et 15 correspondent exactement à la longueur initiale de la bande, mais par contre du fait du pli raccourcit la longueur inférieure. On conçoit que si l'on continuait le pliage de la même manière avec une bande plus longue (morceau supplémentaire de longueur 16 représenté en pointillé sur le schéma l.d, à chaque longueur unitaire de bande 14, 15, 16 correspond en définitive une longueur 17 sensiblement plus courte.
Cela signifie en pratique qu'il est possible de prédéterminer pour une enveloppe cylindrique de diamètre intérieur donné, les dimensions d'une toile, le nombre et les dimensions des plis pour qu'un côté de la couronne de toile puisse être plaqué le long de l'enveloppe cylindrique et l'autre côté recouvrir une partie de la section de manière quasi circulaire et essentiellement horizontale sans qu'il y ait la moindre découpe à effectuer dans la toile et par là, sans risque de mélange des particules situées au-dessous et au-dessus.
Le dispositif selon l'invention permet d'assurer à la fois une étanchéité totale y compris au niveau de la paroi interne de l'enveloppe cylindrique, un contact permanent entre la couche supérieure et la couche inférieure de particules via ledit dispositif même en cas de tassement de cette dernière, la bonne distribution sur toute la section des fluides en circulation à travers les couches tout en étant de mise en œuvre facile et rapide.
Selon le cas, le dispositif selon l'invention peut présenter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
- lorsque les plis couchés sont en position pliée, l'espace laissé au centre de la couronne forme un polygone régulier, préférentiellement de 8, 10, 12, 14, 16, 18 ou 20 côtés et encore préférentiellement de 12 ou 16 côtés ;
- les plis couchés sont séparés les uns des autres le long de la partie inférieure de la couronne de toile d'une distance sensiblement identique ; Comme déjà évoqué précédemment, par le terme « sensiblement « on veut prendre en compte les écarts entre la définition théorique et la réalisation pratique des plis, écarts dus aux tolérances admises pour la fabrication et éventuellement aux déformations dues à la souplesse du matériau. Ces écarts ne représentent que quelques millimètres ou quelques pourcents des dimensions théoriques. - il comprend un disque d'étanchéité constitué de toile ou de grillage de diamètre inférieur ou sensiblement égal au diamètre interne de l'enveloppe cylindrique, le disque et la partie inférieure de la couronne de toile étant superposés.
Là également, par « « sensiblement « égal, on veut signifier que pour tenir compte des tolérances de construction, il peut être judicieux de retenir un diamètre de disque légèrement supérieur au diamètre de la virole, par exemple supérieur de 10mm pour un diamètre de virole de lm.
La présente invention a également pour objet une unité comprenant :
- une enveloppe cylindrique,
- une couche inférieure et une couche supérieure de particules superposées dans ladite enveloppe,
- un dispositif selon l'invention intercalé entre la couche inférieure et la couche supérieure de particules.
Selon le cas l'unité selon l'invention peut présenter une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous :
- lorsque les plis couchés sont en position pliée la partie inférieure de la couronne de toile recouvre entre 5% et 95% de la surface de la couche inférieure ;
- l'unité comprend un dispositif selon l'invention intercalé entre la couche inférieure et la couche supérieure de particules et l'ensemble disque de toile - partie inférieure de la couronne de toile recouvre la totalité de la section de l'enveloppe cylindrique ;
- l'unité comprend une grille posée sur le dispositif selon l'invention ;
- les particules sont choisies parmi les particules adsorbantes, les particules catalytiques et les particules inertes servant de support, de distribution des fluides ou de remplissage des volumes morts ;
- l'unité est un réacteur catalytique ou un adsorbeur.
La présente invention a également pour objet un procédé de fabrication d'un dispositif selon l'invention, comprenant les étapes suivantes :
a) préparation d'une bande de toile présentant des mailles de diamètre équivalent inférieur au diamètre équivalent des particules et une longueur égale au périmètre interne de la base de l'enveloppe cylindrique,
b) formation d'une couronne de toile au moyen de la bande de toile en rejoignant les deux largeurs de la bande de toile, c) compartimenter la couronne de toile en une partie supérieure et une partie inférieure d) création sur la partie inférieure d'au moins six plis couchés identiques, chaque pli étant formés par deux arêtes se rejoignant en un point et les plis étant espacés les uns par rapport aux autres de manière à ce que la partie inférieure soit sensiblement perpendiculaire à la partie supérieure lorsque les plis couchés sont en position pliée.
De préférence le nombre de plis couchés sera déterminé à l'aide d'un logiciel en rentrant notamment le diamètre interne de l'enveloppe cylindrique.
Enfin, la présente invention a également pour objet un procédé de fabrication d'une unité selon l'invention, comprenant les étapes suivantes :
a) fabrication du dispositif selon l'invention,
b) fixation de l'extrémité supérieure de la partie supérieure du dispositif obtenu à l'étape a) sur toute sa longueur à la paroi interne de l'enveloppe cylindrique,
c) déploiement des plis couchés, élévation de la partie inférieure du dispositif obtenu à l'étape a) et maintien de ladite partie inférieure plaquée sur la paroi interne de l'enveloppe cylindrique,
d) introduction de particules dans l'enveloppe cylindrique de manière à former une couche inférieure de particules,
e) suppression du plaquage de la partie inférieure du dispositif obtenu à l'étape a) sur la paroi interne de l'enveloppe cylindrique et pliage des plis couchés de manière à ce que la partie inférieure soit sensiblement perpendiculaire à la partie supérieure, et
f) introduction de particules dans l'enveloppe cylindrique de manière à former une couche supérieure de particules au-dessus du dispositif obtenu à l'étape a).
Selon le cas, le procédé de fabrication de l'unité selon l'invention, peut présenter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
- à l'étape c) le maintien de ladite partie inférieure plaquée sur la paroi interne de l'enveloppe cylindrique est réalisé au moyen de fixations temporaires choisies de préférence parmi les aimants et les adhésifs ;
- le procédé comprend entre les étapes e) et f) une étape de positionnement d'une grille sur le dispositif obtenu à l'étape a) ;
- la fixation de l'extrémité supérieure de la partie supérieure du dispositif obtenu à l'étape a) sur toute sa longueur à la paroi interne de l'enveloppe cylindrique est réalisée à l'aide de plats de maintien cintrés. Notons que les « plats de maintien » peuvent aussi être appelés « fers plats ». Ils seront de préférence organisés en secteurs.
- les plats de maintien sont soudés, vissés via des gougeons fixés à l'enveloppe cylindrique et/ou collés à l'enveloppe cylindrique.
Selon une deuxième alternative, le procédé de fabrication de l'unité selon l'invention comprend les étapes suivantes :
a) fabrication du dispositif selon l'invention,
b) introduction de particules dans l'enveloppe cylindrique de manière à former une couche inférieure de particules
c) fixation de la partie supérieure du dispositif obtenu à l'étape a) sur toute sa longueur à la paroi interne de l'enveloppe cylindrique, d) pliage des plis couchés de manière à ce que la partie inférieure du dispositif soit sensiblement perpendiculaire à la partie supérieure du dispositif, et
e) introduction de particules dans l'enveloppe cylindrique de manière à former une couche supérieure de particules.
Selon le cas, le procédé selon cette deuxième alternative peut présenter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
- le procédé comprend entre les étapes c) et d) une étape de positionnement d'une grille sur le dispositif obtenu à l'étape a) ;
- la fixation de l'extrémité supérieure de la partie supérieure du dispositif obtenu à l'étape a) sur toute sa longueur à la paroi interne de l'enveloppe cylindrique est réalisée à l'aide de plats de maintien (aussi appelés communément fer plat) sous forme de secteurs préalablement cintrés ;
- les plats de maintien sont soudés, vissés via des gougeons fixés à l'enveloppe cylindrique et/ou collés à l'enveloppe cylindrique.
- la fixation de l'extrémité supérieure de la partie supérieure du dispositif obtenu à l'étape a) est obtenu en enfilant la toile sur une pluralité de gougeons soudés sur une circonférence de la paroi interne de l'enveloppe cylindrique puis en la plaquant à la paroi de ladite enveloppe au moyen de plats de maintien serrés par des écrous.
L'invention va à présent être décrite plus en détail à l'aide des figures 2 à 7.
La figure 2 montre un dispositif selon l'invention dans une enveloppe cylindrique de rayon R. Sans compter les recouvrements éventuels du tissu, il est mis en œuvre une bande de toile rectangulaire de longueur L= 2* Pi* R et de largeur 1= h+d, où h correspond à la hauteur de toile plaquée à la virole et d à l'épaisseur de la couronne d'étanchéité, c'est-à-dire en faisant référence aux polygones réguliers à la différence entre les apothèmes A du polygone externe et a du polygone interne, d= A-a ,d étant aussi pratiquement égal à R-r, R étant le rayon de l'enveloppe et r le rayon du polygone interne.
La géométrie retenue ici pour la partie horizontale de la toile est celle d'un hexa décagone régulier. Cela permet en utilisant 16 secteurs de se rapprocher très sensiblement d'un cercle, l'écart sur les périmètres étant de l'ordre du pourcent.
En pratique, après avoir fixé la dimension de la zone périphérique que l'on veut recouvrir par la toile (appelée aussi zone d'étanchéité à la paroi ou couronne d'étanchéité), on peut sélectionner les polygones à 8,10,12,16,20 côtés par exemple qui répondent à ce critère puis connaissant toutes leurs dimensions par simple calcul géométrique, déterminer les plis à effectuer sur un côté de la toile pour obtenir les géométries correspondantes et choisir la solution la mieux adaptée.
La figure 3 représente les vues de dessus de 2 dispositifs selon l'invention en place dans une virole (enveloppe cylindrique) de même diamètre ainsi que les règles de pliage de la bande de toile retenues pour arriver à ces configurations.
Dans le schéma 3. a, l'épaisseur de la couronne de toile est de l'ordre de 38% du rayon de la virole, dans le schéma 3.c elle représente environ 75% de ce même rayon. Dans les deux cas, le reste de la toile est plaquée à la virole et est donc normale à la section de la virole. Cette partie est représentée par le trait épais à la périphérie.
Le polygone de base retenu dans ce cas est un dodécagone régulier. Une fois la méthode de pliage retenue, et les dimensions connues, il est aisé de faire calculer et dessiner automatiquement les caractéristiques de la bande à utiliser ainsi que les dimensions et emplacements des pliures.
On remarquera que l'épaisseur de la couronne d'étanchéité du schéma 3. a pourrait être diminuée, par exemple d'un facteur 2, si l'on désire avec ce dispositif n'assurer que l'étanchéité à la périphérie. Par « étanchéité » on entend ici la suppression de la migration des particules entre les couches inférieure et supérieure de particules.
On voit d'après le schéma 3.d qu'à l'inverse, il devient délicat d'agrandir la couronne d'étanchéité au-delà de ce qui est représenté. Si on voulait aller sensiblement plus loin, les différents plis finiraient par se chevaucher créant des difficultés de mise en place et, à cause des épaisseurs multiples de toile se recouvrant alors, des risques concernant la distribution homogène des fluides en circulations (restriction locale de section de passage devenant importante).
On n'utilisera donc pas la couronne de toile à elle seule si on veut couvrir la totalité de la section de la virole par un moyen de limitation ou de suppression de la migration des particules. La couronne de toile est adaptée pour recouvrir, en partant de la périphérie, de quelques pourcents de la surface, mettons 5% jusqu'à environ 95%. Dans ce cas, un disque d'étanchéité constitué de toile ou de grillage sera superposé à la couronne de toile. Ce disque de faible diamètre pourra passer en seul morceau par l'orifice de sortie.
Mais il convient de noter à l'inverse que la couronne de toile peut être utilisée seule dès lors que l'on recherche seulement à faire une étanchéité à la périphérie. Comme expliqué précédemment, cela peut être le cas par exemple quand la taille respective des particules des 2 couches en contact est telle qu'il ne peut y avoir de mélange loin des bords mais que l'augmentation du taux de vide au niveau de la paroi est suffisant pour permettre des infiltrations locales. La présence de vibrations peut également provoquer de petits mouvements toujours au niveau de la paroi, susceptibles de favoriser ce type d'infiltration.
Selon une variante, le dispositif selon l'invention peut donc comprendre une toile dont les mailles sont également inférieures aux dimensions des particules, en forme de disque de diamètre inférieur ou essentiellement égal à celui de l'enveloppe cylindrique, lequel disque est placé au-dessus ou au-dessous de la couronne de toile, l'ensemble disque - couronne de toile couvrant alors toute la section de l'enveloppe cylindrique.
La figure 4 représente un tel ensemble. Les repères 30 et 31 représentent une coupe de l'enveloppe cylindrique et de la partie supérieure de la couronne de toile 32 plaquée sur la paroi interne de l'enveloppe cylindrique. Un disque de toile 33 est disposé sur la couronne d'étanchéité afin qu'il y ait recouvrement de l'ensemble disque - couronne de toile sur toute la section de l'enveloppe cylindrique. Il pourra être intéressant pour limiter toute possibilité de déplacement ultérieur de ce disque de prévoir que ce disque présente un diamètre sensiblement égal au diamètre interne de l'enveloppe cylindrique. La détermination du recouvrement entre la couronne de toile et disque de toile est un point très important. Ce recouvrement a pour objectif d'éviter toute migration des particules. L'enveloppe étant remplie, on veut éviter la migration des particules de dessus vers le bas et/ou la migration des particules de la couche inférieure vers la couche supérieure, ce qui a été représenté sur le schéma 5. a de la Figure 5. La couronne de toile et le disque de toile ont été volontairement espacés de façon exagérée pour montrer le cheminement des particules que l'on veut éviter. En pratique, la couronne de toile et le disque de toile étant en appui l'un sur l'autre, les possibilités d'une telle migration sont très réduites, d'autant qu'elle nécessiterait une force centrifuge ou centripète au sein des couches, ce qui est peu probable dans la majorité des applications surtout lorsqu'on s'éloigne du bord.
Cependant, on doit prendre en compte également le tassement potentiel des couches de particules au cours du temps. On voit sur le schéma 5. b que le tassement de la couche inférieure va conduire à un déplacement de la couronne de toile de telle sorte que l'augmentation de la hauteur de la partie supérieure du dispositif selon l'invention qui est plaquée sur la paroi de l'enveloppe cylindrique corresponde à la valeur du tassement. Le mouvement de la partie inférieure de la couronne de toile va être un déplacement de type centrifuge, les plis à la périphérie s'ouvrant pour retrouver la dimension initiale de la toile, c'est-à-dire celle de la circonférence de la virole. Il convient d'avoir en tête que les procédés de production ou de séparation de gaz auxquels on destine ce système de séparation nécessitent d'avoir des densités de remplissage maximales pour être performant et utilisent pour leur chargement en matériaux particulaires (catalyseurs, adsorbants...) des procédés adéquats permettant un remplissage en pluie qui conduit à ce résultat. Le tassement résiduel qui peut se produire est alors faible, de l'ordre par exemple de 0.5 à 2%. Ainsi une couche de 2 m d'épaisseur ne se tassera que de 10 à 40 mm généralement. Il conviendra de rajouter cette longueur au recouvrement minimal estimé ci-dessus. On notera que le mouvement de la toile du dispositif d'étanchéité sera généralement très lent si l'unité a été remplie correctement et opérée selon les règles de l'Art, néanmoins il convient de choisir pour les toiles de la couronne de toile et du disque de toile des matériaux dont l'aspect de surface permet un tel glissement. C'est généralement le cas en utilisant des toiles standards. On comprend aussi que le matériau de la toile d'étanchéité doit être suffisamment souple pour pouvoir se plier puis se déplier facilement.
Notons que l'unité selon l'invention peut également présenter une grille (ou un caillebotis) en appui direct sur le dispositif selon l'invention.
La Figure 6 montre un tronçon 40 d'un caillebotis mis en place par morceau au-dessus du dispositif 41 selon l'invention. Le but de cet élément est d'aider à maintenir en place la toile de la couronne de toile et à aplatir les plis. Il sera sensiblement plus rigide que la toile, plus lourd mais comportera préférentiellement de larges ouvertures, cet équipement en lui- même n'ayant pas lieu d'être étanche aux particules. La forme peut en être quelconque à partir du moment où il recouvre une majorité de la surface de la couronne de toile et des plis qu'elle comporte. On notera que le disque de toile qui permettrait de recouvrir en totalité la section de l'enveloppe n'a pas été représenté ici.
Concernant le procédé de fabrication du dispositif selon l'invention, l'étape a) de préparation comprendra de préférence une découpe de la bande de toile. Cependant préalablement à la découpe, on aura établi le plan de fabrication du dispositif, préférentiellement en utilisant un logiciel qui permet d'effectuer automatiquement le tracé de la bande à plat (essentiellement rectangulaire), c'est-à-dire en configuration dépliée, avec l'emplacement des plis et le schéma du dispositif une fois plié, ceci simplement à partir du diamètre interne de la virole, du choix du polygone régulier que l'on veut obtenir, préférentiellement un dodécagone ou un hexa décagone, et de la dimension initiale de la couronne de toile.
Par essentiellement, on veut signifier que la toile n'a pas à être absolument rectangulaire au sens strict géométrique mais qu'elle peut présenter de petits écarts de quelques pourcents sur cette géométrie idéale que ce soit sur les dimensions ou les angles. Concernant la longueur, selon le mode de fixation de la toile à la virole, il peut être opportun de laisser un recouvrement de quelques centimètres aux extrémités. Les plis marqués préalablement sur la toile sont effectués ensuite avec l'aide d'un gabarit et/ou d'un outillage adapté. Les plis couchés ainsi faits ne sont pas maintenus fixés à plat en position pliée par un procédé quelconque (collage, soudure...) mais au contraire laissés libre de leur mouvement.
Suivant un mode de réalisation particulier, le procédé de fabrication de l'unité selon l'invention comprend également une étape où l'on fixe sur le bord non plié de la toile une pluralité de plats de maintien (N> ou = 1), préalablement cintrés au dimension de la virole. La méthode la plus courante consiste à coincer ce bord en sandwich entre deux plats identiques de part et d'autre de la toile. En pratique, cette étape permet de manipuler plus facilement la toile, de faciliter sa mise en place dans la virole tout en ayant un dispositif de volume restreint que l'on peut rentrer dans l'enveloppe par une ouverture réduite telle une tubulure de sortie des fluides ou un trou d'homme. 4 à 6 plats de maintien -qui seront généralement doublés pour réaliser le sandwich décrit plus haut-constituent un bon compromis entre manutention et fixation. Suivant un autre mode de réalisation, une pluralité de gougeons sont soudés tout au long d'une circonférence de la virole, à la hauteur prévue pour fixer la couronne. Le nombre de gougeons dépend essentiellement du diamètre de l'enveloppe. Ils seront régulièrement espacés par exemple de 50 à 200 mm. La couronne qui comporte alors des trous correspondant est mise en place en utilisant ces gougeons comme support. On place de la même manière les secteurs de plats de maintien préalablement cintrés puis on serre le tout à l'aide d'écrous. Rondelles et joints nécessaire pour réaliser l'étanchéité font partie du système.
Suivant un mode de réalisation complémentaire, le procédé comprend ensuite
- la fixation de l'extrémité supérieure de la partie supérieure du dispositif selon l'invention sur toute sa longueur à la paroi interne de l'enveloppe cylindrique, puis
- le déploiement des plis couchés, l'élévation de la partie inférieure du dispositif selon l'invention et le maintien de ladite partie inférieure plaquée sur la paroi interne de l'enveloppe cylindrique.
De la sorte, toute la toile étant contre la paroi, la section de la virole est essentiellement libre et va permettre d'effectuer un remplissage très efficace, les particules tombant en pluie grâce à un procédé de remplissage adéquat, ne rencontrant pas d'obstacle dans leur chute.
Une fois l'enveloppe cylindrique remplie par les particules formant la couche inférieure jusqu'au niveau préalablement déterminée, on supprime le plaquage de la partie inférieure du dispositif selon l'invention sur la paroi interne de l'enveloppe cylindrique et on procède au pliage des plis couchés de manière à ce que la partie inférieure soit sensiblement perpendiculaire à la partie supérieure.
On peut alors continuer le remplissage de l'enveloppe avec le matériau particulaire venant au-dessus de la couche déjà mise en place, ce nouveau matériau reposant directement sur le dispositif selon l'invention.
Comme expliqué précédemment selon une deuxième alternative le dispositif selon l'invention pourra être introduit après l'introduction de la première couche particulaire dans l'enveloppe cylindrique.
On notera que le procédé de réalisation autorise des variantes qui ne change pas le principe même de l'invention. Ainsi, suivant le mode de réalisation le plus commun, le niveau supérieur de la couche inférieure de particules se situe en dessous de l'emplacement correspondant à la fixation de la couronne sur la virole. La partie supérieure de la couronne s'étend alors vers le bas, de son point de fixation jusqu'au niveau de la couche. Il est cependant possible d'avoir le niveau supérieur de la couche de particules au-dessus dudit point de fixation. La partie de la couronne plaquée à la virole se situe alors au-dessus de son point de fixation. Ce sont les particules de la couche inférieure qui la maintiennent en appui sur la paroi. Bien que le terme de "partie supérieure de la couronne " ne soit plus alors adapté à l'implantation, on a conservé ce terme par souci de simplification, sachant qu'il correspond au cas de base. De même pour la partie inférieure qui, quelle que soit la configuration, désigne la partie comportant des plis.
Il est également possible de créer à l'origine un pli sur la toile, faisant le tour de l'enveloppe, pour donner de l'élasticité à la partie de la couronne en contact avec la paroi de la virole. Cela peut permettre de compenser au moins en partie le tassement de la couche inférieure sans nécessiter un mouvement de la partie centrale de la toile.
L'invention concerne plus particulièrement les procédés de production ou d'épuration de gaz mettant en œuvre des enveloppes cylindriques, ces enveloppes étant essentiellement des réacteurs catalytiques ou des adsorbeurs.
Par adsorbeurs, on entend des dispositifs mettant en œuvre des procédés d'adsorption. On distingue les adsorbeurs TSA des adsorbeurs PSA.
Les cycles d'adsorption diffèrent en premier lieu par la façon dont l'adsorbant est régénéré. Si la régénération se fait essentiellement par augmentation de la température, il s'agit d'un procédé TSA (Température Swing Adsorption = adsorption avec variation de température). Si par contre, la régénération s'effectue par baisse de la pression, il s'agit d'un procédé PSA (Pressure Swing Adsorption = adsorption à pression modulée); De façon générale, on désigne par les termes PSA tout procédé d'épuration ou de séparation de gaz mettant en œuvre une variation cyclique de la pression que voit l'adsorbant entre une pression haute, dite pression d'adsorption, et une pression basse, dite pression de régénération. Ainsi, cette appellation générique de PSA est employée indifféremment pour désigner les procédés cycliques suivants, auxquels il est aussi courant de donner des noms plus spécifiques en fonction des niveaux de pression mis en jeu ou du temps nécessaire à un adsorbeur pour revenir à son point initial (temps de cycle): - Les procédés VSA dans lesquels l'adsorption s'effectue sensiblement à la pression atmosphérique, préférentiellement entre 0.95 et 1.25 bar abs et la pression de désorption est inférieure à la pression atmosphérique, typiquement de 50 à 400 mbar abs ; - Les procédés MPSA ou VPSA dans lesquels l'adsorption s'effectue à une pression haute supérieure à la pression atmosphérique, typiquement entre 1.35 et 6 bar abs, et la désorption à une pression basse inférieure à la pression atmosphérique, généralement comprise entre 200 et 650 mbar abs ; - Les procédés PSA proprement dits dans lesquels la pression haute est sensiblement supérieure à la pression atmosphérique, typiquement entre 3 et 50 bar abs et la pression basse sensiblement égale ou supérieure à la pression atmosphérique, généralement entre 1 et 9 bar abs ; - Les procédés RPSA (Rapid PSA) pour lesquels la durée du cycle de pression est typiquement inférieure à la minute - Les procédés URPSA (Ultra Rapid PSA) pour lesquels la durée du cycle de pression est de l'ordre de quelques secondes maximum. Il convient de noter que ces diverses appellations ne sont pas standardisées et qu'en particulier les limites indiquées sont sujettes à variation selon les auteurs.) La grande majorité des procédés par adsorption mettent en jeu plusieurs lits de particules, que ce soient des particules inertes (support...) ou des adsorbants, et il y a généralement lieu de séparer par un système adéquat au moins deux couches successives.
Plus particulièrement, on appliquera l'invention au procédé de production d'oxygène à partir d'air atmosphérique par adsorption à modulation de pression comportant une pluralité N d'adsorbeurs (N> ou = 1) cylindriques à axe vertical mettant en œuvre dans chacun de ses adsorbeurs au moins un dispositif selon l'invention, ce dispositif se trouvant entre un lit de support inerte et la première couche adsorbante destinée essentiellement à arrêter l'humidité atmosphérique ( gel de silice, alumine activée, zéolite de type X..) et/ou entre deux couches successives d'adsorbants ( par exemple Alumine Activée et LiLSX...) et/ou entre la couche supérieure d'adsorbant et un matériau de remplissage du fond supérieur ( par exemple entre LILSX et billes de céramiques).
L'humidité et le C02 contenus dans l'air atmosphérique sont des poisons pour les zéolites utilisées dans cette application et ceci d'autant plus que cette zéolite est performante pour le séparation 02/N2. Il convient de mettre en place les charges adsorbantes rapidement afin de minimiser leur contact avec l'atmosphère. Le dispositif selon l'invention répond parfaitement à cette contrainte.
Un adsorbeur d'une telle unité va être décrit à présent avec plus de détails sur le choix des matériaux utilisés, leurs dimensions et leur mise en place. Si les plus grosses unités de production d'oxygène, par exemple au-delà de 100 tonnes 02 par jour, mettent en œuvre des adsorbeurs radiaux, les unités de taille moyenne, par exemple entre 20 et 100 tonnes par jour, utilisent en remplacement d'un adsorbeur unique plus gros, des petits ensembles d'adsorbeurs cylindriques à axe vertical de petites ou moyennes dimensions et fonctionnant en parallèle. On parle alors de grappes (ou de groupes), l'élément de base étant appelé alors module. Dans le cas de notre exemple, les modules utilisés sont tous identiques avec une virole cylindrique de diamètre externe 2100 mm et une hauteur de 1300 mm. L'unité prise comme exemple est alors une unité de taille moyenne dont chaque adsorbeur (au sens procédé du cycle) est constitué par une grappe de 3 modules. La production oxygène va d'environ 33 à un peu plus de 40t/j suivant la pureté recherchée (de 90 à 93.5% mole) et les machines retenues.
On va s'attacher au dispositif selon l'invention mis en œuvre dans un de ses modules et plus particulièrement à celui installé entre la couche support inférieure et la couche de dessiccant. La couche support consiste en des billes inertes de diamètre relativement important (environlOmm) afin de créer un minimum de pertes de charge en particulier lors du pompage sous vide pendant la phase de régénération. A l'inverse, les dimensions des particules du dessiccant sont faibles pour que la cinétique d'adsorption soit suffisamment élevée et adaptée à la durée des cycles largement inférieure à la minute. L'adsorbant est choisi en fonction des conditions du site (pollution, température...). Ici, il s'agit de billes d'alumine activée de 2mm de diamètre. Il y a donc des possibilités d'interpénétration des deux couches et en particulier, le risque est très élevé à la paroi. L'étanchéité à la paroi est donc réalisée via le dispositif décrit et faisant l'objet principal de l'invention.
Compte tenu de l'épaisseur de la virole (10 mm) et de la circonférence intérieure mesurée (6535 mm), afin d'assurer le recouvrement des largeurs lorsque les deux largeurs de la bande de toile vont se rejoindre pour former une couronne de toile, on retient comme longueur de la bande de toile 6600 mm. La largeur retenue est de 500mm sachant que 100 mm environ correspondront à la partie supérieure de la bande qui sera plaquée à la virole et 400 mm environ correspondront à la partie inférieure de la bande qui présentera les plis couchés.
La toile retenue est un tissu métallique formé par des fils en acier inox de 0.2 mm de diamètre. L'ouverture retenue est de 0.45 par 0.45 mm non seulement largement inférieure aux dimensions de l'alumine activée mais évitant aussi tout risque de bouchage. Sur la partie inférieure de la bande de toile on va réaliser 12 pliures régulièrement espacées (au recouvrement des extrémités près).
Chaque pliure élémentaire peut se faire à l'aide d'un gabarit en forme d'équerre dont la base a été calculée à partir des dimensions du polygone régulier que l'on veut obtenir après pliage. Si l'on raisonne en première approche sur des circonférences en assimilant les polygones réguliers à des cercles, ce qui est exact à quelques pourcents près et ce d'autant qu'on choisit un polygone avec de nombreux côtés, il faudrait une base pour chaque pli de 105 mm pour retirer 210 mm en rabattant chaque pli, soit en pratiquant cela 12 fois en retirant l'équivalent de 2520 mm à la longueur de la bande. Une circonférence de longueur restante de 4015 mm (6535-2520) correspond à un cercle de diamètre d'environ 1280 mm, ce que l'on recherchait. En pratique, pour la géométrie exacte envisagée, un calcul plus précis donnait une base de 107 mm.
Sur la partie supérieure non plissée de la bande, on soude de chaque côté un plat de maintien de 3 mm d'épaisseur et de 25mm de large cintré aux dimensions de la virole et découpé en 4 secteurs identiques de 1634 mm de long. La couronne repliée est rentrée dans la virole et soudée via les plats de maintien sur une bande renfort de 3mm d'épaisseur et 50 mm de large elle-même soudée préalablement à la virole à la hauteur adéquate. Une soudure d'étanchéité termine la fixation. Pendant cette étape, les plis sont déployés et la couronne de toile a la forme d'un cylindre épousant la géométrie de la virole.
Le schéma 7. a de la Figure 7 représente en coupe la couronne de toile dans cette position avec comme repères 50 la virole, 51 le renfort soudé sur la paroi de la virole 52 la toile, 53 et 54 les plats fixés à la toile, le plat extérieur étant lui-même soudé au renfort 51 et 55 la soudure d'étanchéité circulaire. Toutes ces étapes sont faites en atelier. Le remplissage dans le cas de l'exemple s'est fait également en atelier et les modules ont été transportés pleins. Le remplissage pourrait se faire éventuellement sur site mais ce n'est pas ici la solution retenue.
Avant de procéder au remplissage, la partie inférieure de la couronne 52 est repliée sur la paroi comme représentée sur le schéma 8. b et maintenue en place par des aimants 56 qui tiennent à l'acier carbone de la virole. Les billes support sont disposées jusqu'à la hauteur prévue. On met alors en place en le déroulant un disque de diamètre 2000 mm entré sous forme d'un rouleau. La toile utilisée pour le disque est la même que la toile du dispositif d'étanchéité, à savoir un tissu fait de fils de 0.2mm de diamètre avec des ouvertures de 0.45 mm par 0.45 mm. On enlève alors les aimants et la toile est déployée à la périphérie de la virole, sur le disque que l'on vient de mettre en place. Pour bien maintenir les plis à plat, on a choisi d'installer par-dessus une grille formée au moyen de fils métalliques de 2 mm de diamètre avec des ouvertures de 10mm par 10mm préalablement scindées en morceaux passant par l'ouverture supérieure. Ensuite il n'y a plus qu'à remplir la virole avec l'alumine activée et continuer selon la même procédure.
Il convient de noter que les caractéristiques citées ici pour les différents équipements ne sont données qu'à titre d'exemple et que suivant les applications on pourra utiliser d'autres matériaux. L'idée principale est d'utiliser une couronne de toile dont une extrémité est fixée à la virole tandis qu'une partie va être repliée vers l'intérieur de manière géométriquement étudiée pour être en définitive horizontale sans qu'il y ait la moindre découpe à faire et obtenir ainsi un dispositif à la fois parfaitement étanche et essentiellement plat. Si on ne fait pas au préalable les plis adéquats, et que l'on replie sans procédure précise le tissu, on obtient une surface quelconque avec plusieurs plissements se chevauchant et la possibilité de créer des "tunnels” par lesquels des particules pourront circuler et passer d'une couche dans l'autre.
Comme on l'a déjà dit plus haut, on limite la portée de l'invention aux enveloppes cylindriques qui constituent la très grande majorité des enveloppes utilisées en particulier dans les procédés chimiques ou pétrochimiques. Si nécessaire, on pourrait adapter cette invention à d'autres géométries en déterminant un pliage plus adéquat.

Claims

Revendications
1. Dispositif destiné à être intercalé entre une couche inférieure et une couche supérieure de particules disposées dans une enveloppe cylindrique, de manière à limiter ou supprimer la migration des particules entre les couches, ledit dispositif comprenant une couronne de toile présentant :
- des mailles de diamètre équivalent inférieur au diamètre équivalent des particules,
- une longueur égale au périmètre interne de la base de l'enveloppe cylindrique,
- une partie supérieure présentant une extrémité supérieure destinée à être fixée sur toute sa longueur à la paroi interne de l'enveloppe cylindrique, et
- un partie inférieure comprenant au moins six plis couchés identiques, chaque pli étant formés par deux arêtes se rejoignant en un point et les plis étant espacés les uns par rapport aux autres de manière à ce que la partie inférieure soit sensiblement perpendiculaire à la partie supérieure lorsque les plis couchés sont en position pliée.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lorsque les plis couchés sont en position pliée, l'espace laissé au centre de la couronne forme un polygone régulier, préférentiellement de 8, 10, 12, 14, 16, 18 ou 20 côtés et encore préférentiellement de 12 ou 16 côtés.
3. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les plis couchés sont séparés les uns des autres le long de la partie inférieure de la couronne de toile d'une distance sensiblement identique.
4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend un disque d'étanchéité constitué de toile ou de grillage de diamètre inférieur ou sensiblement égal au diamètre interne de l'enveloppe cylindrique, le disque et la partie inférieure de la couronne de toile étant superposés.
5. Unité comprenant :
- une enveloppe cylindrique, - une couche inférieure et une couche supérieure de particules superposées dans ladite enveloppe,
- un dispositif tel que défini dans l'une des revendications 1 à 4 intercalé entre la couche inférieure et la couche supérieure de particules.
6. Unité selon la revendication 5, caractérisée en ce que lorsque les plis couchés sont en position pliée la partie inférieure de la couronne de toile recouvre entre 5% et 95% de la surface de la couche inférieure.
7. Unité selon l'une des revendications 5 ou 6, caractérisée en ce que l'unité comprend un dispositif tel que défini dans la revendication 4, intercalé entre la couche inférieure et la couche supérieure de particules et l'ensemble disque - partie inférieure de la couronne de toile recouvre la totalité de la section de l'enveloppe cylindrique.
8. Unité selon l'une des revendications 5 à 7, caractérisée en ce qu'elle comprend une grille posée sur le dispositif tel que défini dans l'une des revendications 1 à 4.
9. Unité selon l'une des revendications 5 à 8, caractérisée en ce que les particules sont choisies parmi les particules adsorbantes, les particules catalytiques et les particules inertes servant de support, de distribution des fluides ou de remplissage des volumes morts.
10. Unité selon l'une des revendications 5 à 9, caractérisée en ce qu'elle est un réacteur catalytique ou un adsorbeur.
11. Procédé de fabrication d'un dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, comprenant les étapes suivantes :
a) préparation d'une bande de toile présentant des mailles de diamètre équivalent inférieur au diamètre équivalent des particules et une longueur égale au périmètre interne de la base de l'enveloppe cylindrique,
b) formation d'une couronne de toile au moyen de la bande de toile en rejoignant les deux largeurs de la bande de toile,
c) compartimenter la couronne de toile en une partie supérieure et une partie inférieure d) création sur la partie inférieure d'au moins six plis couchés identiques, chaque pli étant formés par deux arêtes se rejoignant en un point et les plis étant espacés les uns par rapport aux autres de manière à ce que la partie inférieure soit sensiblement perpendiculaire à la partie supérieure lorsque les plis couchés sont en position pliée.
12. Procédé de fabrication d'une unité selon l'une des revendications 5 à 10, comprenant les étapes suivantes :
a) fabrication du dispositif tel que défini dans l'une des revendications 1 à 4,
b) fixation de l'extrémité supérieure de la partie supérieure du dispositif obtenu à l'étape a) sur toute sa longueur à la paroi interne de l'enveloppe cylindrique,
c) déploiement des plis couchés, élévation de la partie inférieure du dispositif obtenu à l'étape a) et maintien de ladite partie inférieure plaquée sur la paroi interne de l'enveloppe cylindrique,
d) introduction de particules dans l'enveloppe cylindrique de manière à former une couche inférieure de particules,
e) suppression du plaquage de la partie inférieure du dispositif obtenu à l'étape a) sur la paroi interne de l'enveloppe cylindrique et pliage des plis couchés de manière à ce que la partie inférieure soit sensiblement perpendiculaire à la partie supérieure, et
f) introduction de particules dans l'enveloppe cylindrique de manière à former une couche supérieure de particules au-dessus du dispositif obtenu à l'étape a).
13. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'à l'étape c) le maintien de ladite partie inférieure plaquée sur la paroi interne de l'enveloppe cylindrique est réalisé au moyen de fixations temporaires choisies de préférence parmi les aimants et les adhésifs.
14. Procédé selon l'une des revendications 12 ou 13, caractérisé en ce qu'il comprend entre les étapes e) et f) une étape de positionnement d'une grille sur le dispositif obtenu à l'étape a).
15. Procédé de fabrication d'une unité selon l'une des revendications 5 à 10, comprenant les étapes suivantes :
a) fabrication du dispositif tel que défini dans l'une des revendications 1 à 4, b) introduction de particules dans l'enveloppe cylindrique de manière à former une couche inférieure de particules
c) fixation de l'extrémité supérieure de la partie supérieure du dispositif obtenu à l'étape a) sur toute sa longueur à la paroi interne de l'enveloppe cylindrique,
d) pliage des plis couchés de manière à ce que la partie inférieure du dispositif soit sensiblement perpendiculaire à la partie supérieure du dispositif et
e) introduction de particules dans l'enveloppe cylindrique de manière à former une couche supérieure de particules.
16. Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce qu'il comprend entre les étapes c) et d) une étape de positionnement d'une grille sur le dispositif obtenu à l'étape a).
17. Procédé selon l'une des revendications 12 à 15, caractérisé en ce que la fixation de l'extrémité supérieure de la partie supérieure du dispositif obtenu à l'étape a) sur toute sa longueur à la paroi interne de l'enveloppe cylindrique est réalisée à l'aide de plats de maintien cintrés.
18. Procédé selon la revendication 17, caractérisé en ce que les plats de maintien sont soudés, vissés via des gougeons fixés à l'enveloppe cylindrique et/ou collés à l'enveloppe cylindrique.
19. Procédé selon la revendication 17 ou 18, caractérisé en ce que la fixation de l'extrémité supérieure de la partie supérieure du dispositif obtenu à l'étape a) est obtenu en enfilant la toile sur une pluralité de gougeons soudés sur une circonférence de la paroi interne de l'enveloppe cylindrique puis en la plaquant à la paroi de ladite enveloppe au moyen de plats de maintien serrés par des écrous.
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