FR2497119A1 - METHOD AND APPARATUS FOR SEPARATING A GAS MIXTURE BY ADSORPTION - Google Patents
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Abstract
PROCEDE ET APPAREIL POUR LA SEPARATION D'UN MELANGE GAZEUX PAR ADSORPTION. UN ECHANGE THERMIQUE EST EFFECTUE DANS UN ECHANGEUR 61 ENTRE LE GAZ CONSTITUANT NON ADSORBE EXTRAIT DE LA TOUR D'ADSORPTION ET DU MELANGE GAZEUX BRUT D'ARRIVEE DE LA CONDUITE 22, LEDIT GAZ CONSTITUANT NON ADSORBE SE TROUVANT AINSI ECHAUFFE CEPENDANT QUE LEDIT MELANGE GAZEUX BRUT SE TROUVE REFROIDI; LEDIT CONSTITUANT NON ADSORBE EST AMENE A SUBIR UNE DETENTE ADIABATIQUE EN 67 AFIN D'ASSURER UNE RECUPERATION DE TRAVAIL SUR CELUI-CI. LE PROCEDE PERMET AINSI DE RECUPERER EFFICACEMENT DE L'ENERGIE SUR LE GAZ CONSTITUANT NON ADSORBE ET D'ASSURER UNE REDUCTION DE L'IMPORTANCE DU REFROIDISSEMENT A FAIRE SUBIR AU MELANGE GAZEUX BRUT POUR LE PORTER A LA TEMPERATURE D'ADSORPTION. APPAREILS POUR LA MISE EN OEUVRE DU PROCEDE.METHOD AND APPARATUS FOR SEPARATING A GAS MIXTURE BY ADSORPTION. A THERMAL EXCHANGE IS CARRIED OUT IN AN EXCHANGER 61 BETWEEN THE NON-ADSORBED CONSTITUENT GAS EXTRACTED FROM THE ADSORPTION TOWER AND THE RAW GAS MIXTURE FROM THE ARRIVAL OF DUCT 22, THERE IS NON-ADSORBED CONSTITUENT GAS EXTRACTED FROM THE ADSORPTION TOWER AND THE INLET CRUDE GAS MIXTURE OF DUCT 22, THERE IS NON-ADSORBING CONSTITUENT GAS THEREFORE HAS BEEN HEATERED GAS MIXED GAS IS COOLED; THIS NON-ADSORBED CONSTITUENT IS TAKEN TO UNDERGO ADIABATIC RELAXATION IN 67 IN ORDER TO ENSURE RECOVERY OF WORK ON IT. THE PROCESS THEREFORE MAKES AN EFFICIENT RECOVERY OF ENERGY FROM THE UNADSORBED CONSTITUENT GAS AND ENSURES A REDUCTION IN THE SIZE OF COOLING TO BE SUBJECTED TO THE CRUDE GAS MIXTURE TO BRING IT TO ADSORPTION TEMPERATURE. APPARATUS FOR IMPLEMENTING THE PROCESS.
Description
La présente invention est relative à un procédé et à un appareil pour laThe present invention relates to a method and an apparatus for
séparation d'un mélange gazeux dans separation of a gaseous mixture in
lequel l'un, particulier, des gaz du mélange gazeux, cons- which, in particular, gases of the gaseous mixture,
titué, par exemple, par de l'air formé d'oxygène et d'azo- staged, for example, by air formed of oxygen and azo
te, ou par un mélange d'air et d'humidité, est séparé en te, or by a mixture of air and moisture, is separated into
provoquant une adsorption de celui-ci par un agent adsor- causing adsorption thereof by an adsorbing agent
bant. Comme représenté par la fig.1 des dessins ci-annexés, bant. As represented in FIG. 1 of the attached drawings,
dans l'un des procédés classiques de séparation par adsorp- in one of the conventional adsorp-
tion visant à séparer l'oxygène de l'azote, on fait appel to separate oxygen from nitrogen,
à de la mordénite naturelle ou à une zéolite 5A synthéti- natural mordenite or zeolite 5A synthetic
que en tant qu'agent adsorbant et on lui fait adsorber only as an adsorbent and is adsorbed
préférentiellement un constituant gazeux formé par de l'a- preferentially a gaseous component formed by a-
zote. Dans ce procédé classique, des conduites collectri- zote. In this conventional method, collector pipes
ces 3, 4, 5 et 6 sont montées de part et d'autre de deux tours d'adsorption 1 et 2. La conduite collectrice 3 est reliée à une conduite d'amenée d'air 8 munie d'une vanne 7, à une conduite d'évacuation d'air 10 munie d'une vanne 9, et à une conduite de sortie d'azote gazeux 12 munie these 3, 4, 5 and 6 are mounted on both sides of two adsorption towers 1 and 2. The collecting pipe 3 is connected to an air supply pipe 8 provided with a valve 7, to an exhaust duct 10 provided with a valve 9, and a nitrogen gas outlet duct 12 provided with
d'une vanne 11. D'une façon similaire, la conduite collec- 11. In a similar way, the collec-
trice 5 est reliée à une conduite d'amenée d'air 14 munie d'une vanne 13, à une conduite d'évacuation d'air 16 munie d'une vanne 15 et à une conduite de sortie d'azote gazeux 5 is connected to an air supply line 14 provided with a valve 13, to an air discharge line 16 provided with a valve 15 and to a nitrogen gas outlet line
18 munie d'une vanne 17. La conduite collectrice 4 est re- 18 provided with a valve 17. The collecting pipe 4 is
liée à une conduite de sortie d'oxygène gazeux 20 munie d'une vanne 19 et à une conduite d'amenée d'oxygène gazeux 22 munie d'une vanne 210 De m9me, la conduite collectrice 6 est reliée à une conduite de sortie d'oxygène gazeux 24 munie d'une vanne 23 et à une conduite d'amenée d'oxygène gazeux 26 munie d'une vanne 25. Les conduites d'amenée linked to a gaseous oxygen outlet pipe 20 provided with a valve 19 and a gaseous oxygen supply line 22 provided with a valve 210. Similarly, the collecting pipe 6 is connected to an outlet pipe of gaseous oxygen 24 provided with a valve 23 and with a gaseous oxygen supply line 26 provided with a valve 25. The supply lines
d'air 8 et 14 sont reliées à une conduite principale d'a- 8 and 14 are connected to a main pipe of
menée d'air 29 qui est en communication avec un compres- air duct 29 which is in communication with a compressor
seur 28 entraîné par un moteur 27. Les conduites d'évacua- driven by a motor 27. The evacuation
tion d'air 10 et 16 sont reliées à une conduite principale d'évacuation d'air 30, et les conduites de sortie d'azote gazeux 12 et 18 sont reliées à une conduite principale de sortie d'azote gazeux 33 qui est en communication avec une 10 and 16 are connected to a main air outlet pipe 30, and the nitrogen gas outlet pipes 12 and 18 are connected to a main gas outlet pipe 33 which is in communication with a
pompe d'aspiration 32 entraînée par un moteur 31. Les con- motor driven suction pump 32.
duites de sortie d'oxygène 20 et 24 sont reliées à une conduite principale de sortie d'oxygène gazeux 35 munie d'un clapet détendeur 34, tandis que les conduites d'amenée d'oxygène 22 et 26 sont reliées à une conduite principale The oxygen output lines 20 and 24 are connected to a main oxygen gas outlet pipe 35 provided with a pressure reducing valve 34, while the oxygen supply lines 22 and 26 are connected to a main pipe.
d'amenée d'oxygène gazeux 37 qui part de la conduite prin- supply of gaseous oxygen 37 which starts from the main pipe
cipale de sortie d'oxygène 35 du cs8té amont du clapet dé- the oxygen outlet 35 from the upstream side of the flap valve
tendeur 34 et comporte en propre une vanne 36. tensioner 34 and comprises a valve 36 itself.
Les tours d'adsorption 1 et 2 sont respectivement remplies d'un agent adsorba t propre à adsorber l'azote The adsorption towers 1 and 2 are respectively filled with an adsorption agent suitable for adsorbing nitrogen.
gazeux. De l'air est comprimé par le c ompresseur 28 entrat- gaseous. Air is compressed by the compressor 28 entrapment
né par le moteur 27, et il circule de ce nilt dans la con- engine 27, and it flows from this nilt in the con-
duite principale d'amenée d'air 29. On va supposer à pré- the main supply of air. 29. We will assume that
sent qu'une opération deadsorption est effectuée ders la tour d'adsorption 1 et qu'une opération de desorption est effectuée dans la tour deadsorption 2r Les vannes 7 et 19 situées de chaque c8té de la tour d'adsorption 1 sont ouvertes, tandis que les vannes 9, 11 et 21 sont fermées. L'air comprimé qui est admis par la conduite principale d'amenée d'air 29 traverse la conduite d'amenée d'air 8, pénètre dans la conduite collectrice 3 par la vanne ?, puis dans la tour d'adlsorption 1. lorsque l'air comprimé pénètre dans la tour d'adsorption 1 et la That a desensitization operation is carried out in the adsorption tower 1 and that a desorption operation is carried out in the adsorption tower 2r. The valves 7 and 19 located on each side of the adsorption tower 1 are open, while the valves 9, 11 and 21 are closed. The compressed air that is admitted through the main air supply pipe 29 passes through the air supply pipe 8, enters the collecting pipe 3 through the valve 1, and then into the adsorption tower 1. compressed air enters the adsorption tower 1 and the
traverse, l'azote gazex contenu dans l'air se trouve ad- through, the nitrogen gas contained in the air is
sorbé préférentiellement par l'agent adsorbant, et de lo- sorbed preferentially by the adsorbent agent, and
xygêne gazeux résiduel est Co neitré et et extrait par residual gaseous xygen is co-nitrated and extracted by
le conduite collectrice 4. Par le vanne 19, l'orrgène ga- 4. By the valve 19, the orrgene
zeux arrivcó dans la conduite prifîpcle de sortie d'oxygê- Zeux arrived in the conduct of the second exit of oxygen.
ne 35 en empruntant la conduite de sortie d'oxygène 20, et il traverse le clapet détendeur 34 pour 8tre délivré & d'autres équipements de traitement, tout en maintenant la 35 through the oxygen outlet line 20, and passes through the expansion valve 34 to be delivered to other process equipment, while maintaining the
tour d'adsorption I à une pression d'adsorption prédéter- adsorption tower I at a predetermined adsorption pressure
minée. Pendant ce temps, une opération de désorption est undermined. Meanwhile, a desorption operation is
effectuée dans l'autre tour deadsorption 2. Ainsi, initia- performed in the other round of delay 2. Thus, initiating
lanment, la vamnne 15 est ouverte et les autres vannes 13, 17, 23, 95 et 36 sont fermées. Grâce à l'ouverture de la lanment 15 is open and the other valves 13, 17, 23, 95 and 36 are closed. Thanks to the opening of
vanne 15, il y a extraction de l'air renfermant en prédo- valve 15, there is extraction of the air containing in
minance de l'oxygène que contient la tour d'adsorption 2, lequel traverse la vanne 15, la conduite d'évacuation d'air 16 et la conduite principale d'évacuation d'air 30 et est ensuite évacué. Lorsque la pression régnant dans the oxygen content of the adsorption tower 2, which passes through the valve 15, the exhaust air duct 16 and the main air discharge pipe 30 and is then discharged. When the pressure prevailing in
la tour d'adsorption 2 a été réduite à une valeur prédé- adsorption tower 2 has been reduced to a predetermined value
terminée par l'échappement d'air, il y a fermeture de la completed by the air exhaust, there is closure of the
vanne 15, puis ouverture de la vanne 17 et mise en fonction- valve 15, then opening of the valve 17 and putting into operation
nement du moteur 31 pour extraire l'air contenu dans la tour d'adsorption 2 par la conduite principale de sortie d'azote 55, la conduite de sortie d'azote 18 et la vanne 17 afin de réduire davantage encore la pression régnant dans la tour d'adsorption 2; de ce fait, l'azote adsorbé par l'agent adsorbant se trouve désorbé. Après que l'azote motor 31 to extract the air contained in the adsorption tower 2 through the main nitrogen outlet pipe 55, the nitrogen outlet line 18 and the valve 17 in order to further reduce the pressure in the adsorption tower 2; as a result, the nitrogen adsorbed by the adsorbent is desorbed. After the nitrogen
a été désorbé et qu'il a été délivré par la tour d'adsorp- was desorbed and delivered by the adsorption tower
tion 2, il y a fermeture de la vanne 17, avec ouverture des vannes 36 et 25; de ce fait, une partie de l'oxygène comprimé circulant par la conduite principale de sortie 2, there is closure of the valve 17, with opening of the valves 36 and 25; therefore, a part of the compressed oxygen flowing through the main outlet pipe
d'oxygène 35 vient traverser la conduite principale d'ame- of oxygen 35 passes through the main water pipe
née d'oxygène 57, la conduite d'amenée d'oxygène 26 et la of oxygen 57, the oxygen supply line 26 and the
conduite collectrice 6 pour être envoyée dans la tour d'ad- collector pipe 6 to be sent to the tower of
sorption 2 et élever la pression régnant dans cette derniè- sorption 2 and increase the pressure in the latter
re. Dans les procédés classiques tels que celui que l'on vient de décrire, il faut de l'énergie pour comprimer l'air et pour refroidir l'air lorsqu'il est comprimé, et aucune disposition n'est prévue pour récupérer utilement une telle énergie. re. In conventional processes such as the one just described, energy is required to compress the air and to cool the air when compressed, and no provision is made for usefully recovering such air. energy.
L'un des buts de la présente invention est de propo- One of the aims of the present invention is to
ser un procédé et un appareil de séparation d'un mélange gazeux par adsorption grâce auxquels peut être réalisée a process and an apparatus for separating a gaseous mixture by adsorption by means of which can be carried out
une récupération d'énergie efficace. efficient energy recovery.
A cet effet, la présente invention propose un procédé pour la séparation d'un mélange gazeux brut, du genre dans lequel le mélange gazeux brut est comprimé puis refroidi et ensuite envoyé dans une tour d'adsorption remplie d'un agent adsorbant à l'effet d'adsorber un gaz constituant For this purpose, the present invention provides a process for the separation of a crude gas mixture, of the kind in which the raw gas mixture is compressed and then cooled and then sent to an adsorption tower filled with an adsorbent at the same time. effect of adsorbing a constituent gas
d'adsorption présent dans ledit mélange gazeux, en permet- adsorption present in said gaseous mixture, allowing
tant ainsi à un ou à des gaz constituants non adsorbés ré- thus to one or to the non-adsorbed constituent gases
siduels d'être extraits de ladite tour d'adsorption, lequel procédé se caractérise en ce qu'un échange thermique est to be extracted from said adsorption tower, which process is characterized in that a heat exchange is
opéré entre le gaz constituant non adsorbé extrait de la- between the non-adsorbed constituent gas extracted from
dite tour d'adsorption et du mélange gazeux brut d'arrivée, ledit gaz constituant non adsorbé se trouvant ainsi échauffé cependant que ledit mélange gazeux brut se trouve refroidi, et en ce que ledit gaz constituant non adsorbé est amené à subir une détente adiabatique afin d'assurer une récupération de travail sur celui-ci, ledit procédé permettant ainsi de récupérer efficacement de l'énergie sur le gaz constituant non adsorbé et d'assurer une réduction said adsorption tower and the incoming raw gas mixture, said non-adsorbed constituent gas thus being heated while said raw gas mixture is cooled, and in that said non-adsorbed constituent gas is subjected to adiabatic expansion so as to to provide a work recovery thereon, said method thus making it possible to efficiently recover energy from the unadsorbed constituent gas and to ensure a reduction
de l'importance du refroidissement à faire subir au mélan- the importance of cooling to the melange
ge gazeux brut pour le porter à la température d'adsorp- gas to bring it to the adsorption temperature
tion.tion.
L'invention propose en outre un appareil pour la sé- The invention also proposes an apparatus for separating
paration d'un mélange gazeux brut du genre comprenant au moins une tour d'adsorption, une canalisation d'amenée de mélange gazeux brut sur laquelle est insérée un compresseur, des raccords à vannage prévus à chaque extrémité de ladite tour à l'effet de commander l'admission et le passage dudit paration of a crude gas mixture of the kind comprising at least one adsorption tower, a raw gas mixture supply line on which is inserted a compressor, the winch fittings provided at each end of said tower to the effect of order admission and passage of the said
mélange gazeux dans ladite tour afin de permettre d'en sé- gas mixture in said tower so as to allow
parer un gaz constituant d'adsorption, et une canalisation de sortie permettant d'extraire et de faire sortir le gaz a gas constituting adsorption, and an outlet pipe for extracting and discharging the gas
constituant non adsorbé résiduel de la tour, lequel appa- non-adsorbed component of the tower, which appears to be
reil se caractérise en ce que ladite canalisation de sor- it is characterized in that said channel of
tie est montée de façon à passer par l'un des circuits d'un échangeur de chaleur dont l'autre circuit est relié à la canalisation d'amenée de mélange gazeux brut, et en ce qu'un dispositif de détente adiabatique est inséré sur tie is mounted to pass through one of the heat exchanger circuits, the other circuit of which is connected to the raw gas mixture supply line, and that an adiabatic expansion device is inserted on
ladite canalisation de sortie.said outlet pipe.
Les caractéristiques et avantages de la présente in- The characteristics and advantages of the present
vention ressortiront plus amplement de la description ci- will appear in more detail in the description below.
après de plusieurs formes de sa mise en oeuvre, qui est after several forms of its implementation, which is
donnée à titre non limitatif en référence aux dessins an- given in a non-limiting manner with reference to the drawings
nexés, sur lesquels:nexes, on which:
Fig.1 est un schéma fonctionnel représentant une- Fig.1 is a block diagram showing a-
forme de réalisation d'un appareil classique pour la mise en oeuvre d'un procédé de séparation d'air par adsorption; et Fig.2 à 9 sont des schémas fonctionnels de huit embodiment of a conventional apparatus for carrying out an adsorption air separation process; and Fig.2 to 9 are functional diagrams of eight
formes de mise en oeuvre du procédé et de l'appareil cor- forms of implementation of the method and apparatus
respondant pour la séparation d'air par adsorption selon l'invention. Les dispositions de la fig.u représentent une corresponding for adsorption air separation according to the invention. The provisions of fig.u represent a
première forme de réalisation de l'invention, dont l'agen- first embodiment of the invention, including the
cement de base est très semblable à celui mis en oeuvre dans le procédé classique décrit plus haut, et dont les éléments constitutifs homologues sont désignés par les mêmes repères numériques. Ainsi, le procédé fait appel à des tours d'adsorption 1 et 2 et à des collecteurs 3 à 6 comme décrit plus haut. De m8me aussi que décrit plus haut, le collecteur 3 est relié à des conduites 8 et 10 munies de vannes respectives 7 et 9. Par contre, dans cette forme base cement is very similar to that implemented in the conventional method described above, and whose homologous constituent elements are designated by the same numerical references. Thus, the process uses adsorption towers 1 and 2 and manifolds 3 to 6 as described above. Also as described above, the collector 3 is connected to lines 8 and 10 provided with respective valves 7 and 9. On the other hand, in this form
de réalisation, la conduite de sortie d'oxygène gazeux mu- embodiment, the exit duct of gaseous oxygen
nie de la vanne 11 porte le repère numérique 51. D'une fa- 11 of the valve 11 has the numeral 51. In a
çon similaire, le collecteur 5 est relié à des conduites 14 et 16 munies de vannes respectives 13 et 15, mais la conduite de sortie d'oxygène gazeux munie de la vanne 1'7 porte le repère numérique 52 et débouche dans une conduite principale de sortie d'oxygène 57, laquelle est reliée à la pompe d'aspiration 32. La conduite collectrice 4 est reliée à une conduite de sortie d'azote gazeux 53 munie d'une vanne 19 et à une conduite d'amenée d'azote gazeux Similarly, the manifold 5 is connected to lines 14 and 16 provided with respective valves 13 and 15, but the gaseous oxygen outlet line provided with the valve 17 carries the reference numeral 52 and opens into a main line. oxygen outlet 57, which is connected to the suction pump 32. The collecting pipe 4 is connected to a nitrogen gas outlet pipe 53 provided with a valve 19 and to a nitrogen gas supply line
54 munie d'une varme 21. D'une façon similaire, la condui- 54 with a varme 21. In a similar way, the driving
te collectrice 6 est reliée à une conduite de sortie d'a- the collector 6 is connected to an outlet pipe of
zote gazeux 55 munie d'une vanne 23 et à une conduite d'a- zote gaseous 55 provided with a valve 23 and with a pipe of
menée d'azote gazeux 56 munie d'une vanne 25. Les condui- conducted nitrogen gas 56 provided with a valve 25. The conductors
tes de sortie d'azote 53 et 55 sont reliées à une conduite principale de sortie d'azote gazeux 58, tandis que les conduites d'amenée d'azote 54 et 56 sont reliées à une Nitrogen output tubes 53 and 55 are connected to a nitrogen gas main outlet pipe 58, while the nitrogen supply lines 54 and 56 are connected to a
conduite principale d'amenée d'azote gazeux 59 qui est mu- main line for supplying nitrogen gas 59 which is
nie d'une vanne 36 branchée sur la conduite principale dé sortie d'azote 58. Sur la conduite principale d'amenée a valve 36 connected to the nitrogen outflow main line 58. On the main supply line
d'air 29, entre le compresseur 28 et les conduites d'ame- 29 between the compressor 28 and the air ducts
née 8 et 10, sont insérés en succession dans le sens de l'écoulement un échangeur de chaleur 61, un refroidisseur 8 and 10 are inserted in succession in the direction of flow a heat exchanger 61, a cooler
secondaire à circulation d'eau 60, un séparateur de vidan- secondary water circulation system 60, a water separator
ge 63, un dessixcateur 6* el un groupe frigorifique 42. ge 63, a desiccator 6 * and a refrigerating unit 42.
L'extrémité aval de la conduite principale de sortie d'a- The downstream end of the main outlet pipe of
zote 58 est reliée à une entrée d'agent de refroidissement zote 58 is connected to a cooling agent inlet
de l'échangeur de chaleur 61. La sortie d'agent de refroi- heat exchanger 61. The cooling agent outlet
dissement de l'échangeur de chaleur 61 est mise en commu- heat exchanger 61 is brought into contact with
nication par une conduite de raccordement 68 avec l'admion d'une turbine de détente 67 accouplée au moteur 27, et une conduite de sortie d'azote gazeux 68 est raccordée à la connection via a connecting line 68 with the admission of an expansion turbine 67 coupled to the motor 27, and a nitrogen gas outlet line 68 is connected to the
sortie de la turbine de détente 67. outlet of the expansion turbine 67.
Les tours d'adsorption 1 et 2 sont remplies d'un a- Adsorption towers 1 and 2 are filled with a
gent adsorbant pour l'1adsorption d'O2 tel par exemple qu' une zéolite dans laqgelle du fer ajant une valence de deux ou plus est séparé Sn zéolite de type Psa- A pure (zé&olite dite ci-après zéolite de,type 1e-raA).ns laquelle du, fer d'une valence de deux ou plus est spiaré en zéolite de tpe ia-A pure et o une partie du. sE:Ad est replace par du potassium fzeolite dite.pr t 7pe - ) adsorption agent for the adsorption of O 2 such that, for example, a zeolite in the range of iron with a valence of two or more is separated from pure zeolite zaolite (zeolite, hereinafter referred to as zeolite, type 1e-raA). in which iron of a valence of two or more is spiked with pure tpe ia-A zeolite and part of. sE: Ad is replaced by potassium fzeolite called.pr t 7pe -)
r fonct>ioxe:ent, de l 'air est rée par le con- r funct> ioxe: ent, air is created by the
presseur-- 28, et il soule pas la coidut3e deaeenSe die 29. L'air comprie, qui se trouve à =ne éepertue levée, traverse d'abs=d d' 1cger e chaleur 6I5 de l-equol il presser-- 28, and it does not lift the coidut3e deaeenSe die 29. The air comprie, which is at = éère raised raised, traverses abs = d of 1cger e heat 6I5 of l-equol he
est refroidi, et il eet ensuite soumis a nouveau4 r2oi- is cooled, and is then re-submitted
dissement par 1e refroidisseur secondaire. circulation d'eau 60. Il est enouite envoyé au séparaeu de vidange 63, o l!eau condens e par re2roidissenet est éliminée, puis envoy& au dessiccateur 6l'3 o il est débarrassé de l'hu- diti quail est sseptible de contenir0 L'3air qui drainage by the secondary cooler. water circulation 60. It is exhausted sent to the drain separator 63, condensed water cooled and is removed, then sent to the desiccator 613 where it is cleared of moisture that is ssable to contain 3air who
sort du f1......cateu 6 et esie raoyé au goue fri,- fate of f1 ...... cateu 6 and esie raoy to goue fri, -
r.fique 1-, O--i 2 Est por- -éar rîente à la tempé- 1, O - i 2 is comparable to the temperature
rature d aaswtzur.erature of aaswtzur.
On s,-, présent qu'eopéralon d ' dsorption It is possible that the adsorption
est effectuée dans la tour dadsorption ' et qu'une opéra- is carried out in the adsorption tower and that an opera-
tion de d3sortion e*t effec[tée dans l tour dadsorption de-absorption is effected in the adsorption tower
2- Leas vaines 7 et 19 de la t1tou d'adsorption I sont ouver- 2- Leas van 7 and 19 of the adsorption stage I are opened.
tes, ct les vannes 9, Il at 21 sont ferméesQ Laf_: acr cmpr and the valves 9, Il at 21 are closed Q Laf_: acr cmpr
et ult6rieutrement refroidi qui provient de le coduite -- and subsequently cooled that comes from the coduite -
principale d:,enée d'air 29 -traverse la cond-ite daenoée main d:, air d'air 29 -traverse the cond-ite daenoée
d'air 8 et la conduite collectrice 3 en passant par la vau- of air 8 and the collecting pipe 3 via the
ne 7, et il pénètre dans la tour d'adsorption 1 L'oxygne No. 7, and it enters the adsorption tower 1 Oxygen
contrenu dans l'air est &dsorbé par l'agent adsorbant conte- in the air is absorbed by the adsorbent
nu dans la tour 1, et l'azote gazeux résiduel est concentré naked in tower 1, and the residual gaseous nitrogen is concentrated
et est extrait par la conduite collectrice 4, lazote pas- and is extracted by the collector pipe 4, lazote pas-
sant par la venne 19 pour emprunter la conduite de sortie 21 by venne to take the exit line
d'azote 53 et arriver dans la conduite principale de sor- nitrogen 53 and arrive in the main
tie d'azote 58. Il est ensuite envoyé comme agent de Nitrogen 58. He is then sent as
refroidissement à l'échangeur de chaleur 61. Dans l'échan- cooling to the heat exchanger 61. In the sample
geur de chaleur 61 est effectué un échange de chaleur avec l'air, de sorte que l'azote subit un échauffement avant heat exchanger 61 is carried out a heat exchange with the air, so that the nitrogen undergoes a warm-up before
d'être envoyé par la conduite de raccordement 66 à la tur- to be sent by the connecting line 66 to the turbo
bine de détente 67, dans laquelle l'azote subit une déten- te adiabatique et actionne la turbine de détente 67. Après avoir subi un abaissement de pression sous l'effet de la détente adiabatique opérée dans la turbine de détente 67, l'azote est délivré à d'autres équipements par la conduite The expansion vessel 67, in which the nitrogen undergoes an adiabatic hold and operates the expansion turbine 67. After having undergone a pressure reduction under the effect of the adiabatic expansion performed in the expansion turbine 67, the nitrogen is delivered to other equipment by driving
de sortie d'azote 68. Pendant ce temps, l'autre tour d'ad- 68. In the meantime, the other round of ad-
sorption 2 effectue une opération de désorption et la van- Sorption 2 performs a desorption operation and the vanishing
ne 15 est d'abord ouverte, tandis que les autres vannes 13, 17, 23, 25 et 36 sont fermées. L'ouverture de la vanne donne lieu à l'extraction, par la conduite collectrice first 15 is opened while the other valves 13, 17, 23, 25 and 36 are closed. The opening of the valve gives rise to the extraction, by the collecting pipe
5, de l'air renfermant en prédominance de l'azote que con- 5, air containing predominantly nitrogen that con-
tient la tour 2, et cet air est admis par la vanne 15 à traverser les conduites d'évacuation d'air 16 et 30, et est ensuite évacué. Lorsque la pression régnant dans la tour 2 a été réduite à une valeur prédéterminée, voisine par exemple de la pression atmosphérique, par l'évacuation de l'air, il y a fermeture de la vanne 15, puis ouverture holds the tower 2, and this air is admitted by the valve 15 through the air discharge lines 16 and 30, and is then discharged. When the pressure prevailing in the tower 2 has been reduced to a predetermined value, for example near the atmospheric pressure, by the evacuation of the air, there is closure of the valve 15, then opening
de la vanne 17. Simultanément, le moteur 31 est mis en mar- 17. At the same time, the motor 31 is started up
che afin d'extraire l'air contenu dans la tour 2 par la conduite principale de sortie d'oxygène 57, la conduite de sortie d'oxygène 52 et la vanne 17 au moyen de la pompe d'aspiration 32; ainsi, la pression régnant dans la tour in order to extract the air contained in the tower 2 by the main oxygen outlet pipe 57, the oxygen outlet pipe 52 and the valve 17 by means of the suction pump 32; thus, the pressure prevailing in the tower
d'adsorption 2 subit une nouvelle réduction, laquelle don- adsorption 2 undergoes a further reduction, which
ne lieu à une désorption de l'oxygène adsorbé par l'agent adsorbant. Après que l'oxygène a été désorbé et qu'il a the desorption of oxygen adsorbed by the adsorbent agent does not take place. After the oxygen has been desorbed and it has
été délivré par la tour 2, la vanne 17 est fermée, cepen- delivered by the tower 2, the valve 17 is closed, but
dant que les vannes 36 et 25 sont ouvertes, de sorte qu' une partie de l'azote gazeux comprimé qui circule dans la conduite principale de sortie d'azote 58 se trouve envoyée dans la tour 2 par la conduite principale d'amenée d'azote as valves 36 and 25 are opened, so that a portion of the compressed nitrogen gas which flows through the main nitrogen outlet pipe 58 is fed into tower 2 through the main supply line of nitrogen
59, la conduite d'amenée d'azote 56 et la conduite collec- 59, the nitrogen supply pipe 56 and the collector pipe
trice 6, ce qui donne lieu à une élévation de la pression trice 6, resulting in a rise in pressure
régnant dans la tour d'adsorption 2. prevailing in the adsorption tower 2.
Dans cette forme de réalisation de l'invention, la quantité d'oxygène adsorbée par l'agent adsorbant est d'environ 1/5 de l'air total. De ce fait, N2 et 02 peuvent être séparés l'un de l'autre en n'adsorbant qu'une faible quantité de gaz. De plus, commne la proportion d'azote qui n'est pas adsorbée par l'agent adsorbant est d'environ 4/5 de l'air total et que l'azote, qui représente la majeure partie de l'air, est délivré par la tour d'adsorption à l'échangeur de chaleur 61 dans lequei est opéré un échange In this embodiment of the invention, the amount of oxygen adsorbed by the adsorbent is about 1/5 of the total air. As a result, N 2 and O 2 can be separated from each other by adsorbing only a small amount of gas. In addition, as the proportion of nitrogen that is not adsorbed by the adsorbent is about 4/5 of the total air and nitrogen, which accounts for most of the air, is delivered by the adsorption tower to the heat exchanger 61 in which an exchange is effected
thezuique entre l'azote et de l'air afin d'échauffer l'azo- thezuic between nitrogen and air to warm up the azo
te et de refroidir simultanément l'air, le froid véhiculé par l'azote peut être mis à profit efficacement et le taux de récupération du froid appliqué est également élevé. De plus, vu que l'azote échauffé est envoyé à la turbine de détente 67 afin d'entraîner cette dernière en subissant une détente adiabatique, et que la puissance fournie par la turbine de détente 67 entraîne le moteur 27, l'énergie de To simultaneously cool the air, the cold carried by the nitrogen can be put to effective use and the rate of cold recovery applied is also high. In addition, since the heated nitrogen is sent to the expansion turbine 67 to drive the latter undergoing adiabatic expansion, and the power provided by the expansion turbine 67 drives the motor 27, the energy of
compression de l'azote peut ainsi 8tre récupérée efficace- Nitrogen compression can be recovered efficiently.
ment, et le rendement de récupération de l'énergie dépensée and the recovery efficiency of the energy expended
pour la compression.est également élevé. &e outre, en rai- for compression.is also high. in addition,
son de l'échauffement auquel est soumis l'azote, on peut obtenir un accroissement de la puissance fournie par la of the heating to which the nitrogen is subjected, it is possible to obtain an increase in the power supplied by the
turbine de détente 67.expansion turbine 67.
Une expérience pratique de séparation d'air en azote Practical experience of air separation into nitrogen
et en oxygène par adsorption par la mise en oeuvre de l'a- and oxygen by adsorption by the implementation of the
gencement ci-dessus décrit a fourni les résultats suivante: Dans toutes les données et résultats quantitatifs qui suivront, les volumes figurant dans l'expression des débits de gaz sont rapportés aux conditions normales de température et de pression, et les pressions indiquées sont The arrangement described above has provided the following results: In all the data and quantitative results which will follow, the volumes appearing in the expression of the gas flow rates are related to the normal conditions of temperature and pressure, and the pressures indicated are
des pressions absolues.absolute pressures.
On a effectué un essai de séparation d'air en faisant appel à un appareil dans lequel une soupape régulatrice de An air separation test was conducted using an apparatus in which a control valve of
pression était disposée à la place de la turbine de dàten- pressure was placed in place of the turbine
te 67 de l'appareil ci-dessus décrit. 67 of the apparatus described above.
Les tours d'adsorption 1 et 2 ont été remplies avec Adsorption towers 1 and 2 were filled with
500 kg de zéolite de type Fe-K-Na-A à diamètres de grains- 500 kg of Fe-K-Na-A type zeolite with grain diameters
d'environ 1 mm. De l'air dont l'humidité relative était de ", la température de 50%C et la pression de 105pa était about 1 mm. Air with a relative humidity of ", the temperature of 50% C and the pressure of 105pa was
comprimé par le compresseur 28 Jusqu'à 6,5.105 Pa. La tempé- Compressed by the compressor 28 Up to 6.5 x 105 Pa.
rature immédiatement après compression était d'environ a 240 C. L'air échauffé à environ 2l4uC était soumis à des pré-traitements tels que refroidissement, séchage, etc., et l'aeir comprimé refroidi à 25 C était envoyé à la tour d'adaorption 1 sous un débit de 100 mb/h pour donner lieu à une fixation de 02 par la zéolite de type Ye-K-Na-A. La pression régant à ce moment dans la tour d'adsorption 1 *tait d'environ 6.105Pa.La tour d'adsorption I fournissait un débit de sortie de 57 m3/h d'azote dont la concentration The temperature immediately after compression was about 240 ° C. The heated air at about 24 ° C. was subjected to pre-treatments such as cooling, drying, etc., and the compressed air cooled to 25 ° C. was sent to the tower. Adaorption 1 at a flow rate of 100 mb / h to give an O 2 fixation by Ye-K-Na-A type zeolite. The pressure prevailing at this time in the adsorption tower 1 * was about 6.105 Pa. The adsorption tower I provided an outlet flow of 57 m3 / h of nitrogen whose concentration
ean 02 était de 1l au plus.ean 02 was 11 at most.
La tour d'adsorption 2, dans laquelle était effectuSe une opération de desorption, fournissait un débit de 21m /h The adsorption tower 2, in which a desorption operation was carried out, provided a flow rate of 21m / h.
d'oxegine à concentration en (02 de 79, et la proession fi- oxegin concentration in (02 of 79, and the final pro-
nale dans la tour d'adsorption 2 était réduite à 0,2.105Pa. in adsorption tower 2 was reduced to 0.2 × 10 5 Pa.
Dani cette expérience, on a étudié la séparation de l'air par adsorption en Jfu.eanat appel à uxi appareillage à échelle réduite dans lequel l'air comprimé était envoy6 sous un débit de 100 m51/h et, en raison de la faiblesse du débit de gaz délivré, il n'était pas possible dans ce cas In this experiment, adsorption air separation was investigated in a small scale apparatus in which compressed air was delivered at a flow rate of 100 m / hr and, because of the weakness of gas flow delivered, it was not possible in this case
d'actionner la turbine de détente 67. Toutefois, môme lors- to operate the expansion turbine 67. However, even when
que le dimensionnement de l'appareil est porté à une échel- that the dimensioning of the apparatus is increased to one
le telle que le débit de délivrance de l'air comprimé envo- such as the delivery rate of the compressed air
yé à la tour d'adsorption 1 puise s'élever à 10 000 ma/h afin de rendre possible d'actionner la turbine de détente 67, Une exploitation de l'appareil selon le mome mode que dans l'expérience ci-dessus décrite conduit à des conditions d'obtention de N. et 02 qui sent ls suivantes: Le gaz délivré pendant l'opération d'adsorption e8t de l'azote gazeux à concentration en 0, de 1% au plus dont 1 to the adsorption tower 1 draws up to 10,000 m / h to make it possible to operate the expansion turbine 67, an exploitation of the apparatus in the same mode as in the experiment described above This leads to the following conditions for obtaining N.sub.2 and O.sub.2: The gas delivered during the adsorption operation and the nitrogen gas at 0 concentration, of at most 1%,
le débit eat de 5700 mS/h, et le gaz délivré pendant l'opé- the flow rate is 5700 mS / h, and the gas delivered during the operation
ration de désorption est de l'oxygEne à concentration en The desorption ration is oxygen at a concentration of
02 de 79% dont le débit est de 2100 m3/h. 02 of 79% with a flow rate of 2100 m3 / h.
On va à présent calculer luos quantitea de chale.r mises en jeu dans lea différents dispositifs de l'appareil lorsque celui-ci traite de l'air comprime admis sous un We will now calculate the amount of heat applied in the various devices of the device when it deals with compressed air admitted under a system.
débit de 10 000 mS/h. Dans cet exemple, bien que les en- flow rate of 10,000 mS / h. In this example, although
thalpies de l'air, de l'azote et de l'oxygène soient un tant soit peu différentes les unes des autres, on effec? thalpies of air, nitrogen and oxygen are a little different from each other, we effec?
tuera lea caloula en supposant, dans un but de simplifi- will kill the caloula assuming, for the sake of simplicity
cation, qu'elles sont égales entre elles. cation, that they are equal to each other.
La différence d'enthalpie introduite lorsque de 1' The difference in enthalpy introduced when
air à 30,0 et sous I0o Pa out portÈ par Copresaion adîaba- air at 30.0 and under 100 Pa Pa by Copresaion adiaba-
tique à 6,5. i0 Pa au moyen du compresseur 2 est de 201 kJ/kg. tick at 6.5. i0 Pa using the compressor 2 is 201 kJ / kg.
d'o e'ensuit que si l'on suppose que le rendement du com- Hence, assuming that the performance of the com-
preaaour 28 eat de 80%. la puissance nécesúaire potu trai- ter de laair sec sous uw débit de 10 OC-e m/ (12,95 x !0 kg/U) a pour valeur: 201 kJ/kg xI2,95 x O13 k/h / 0 3.252 MJ/h Dans le cas ou l'azote à 25C et à 6105Pa déi ré par la tour daieoption 1 efIectueant ue?''' diabatique qui er-ea.*3sJir r 3a, La dl=ff e5i t!on es..... ' o reZncI6 O ltIIm=ot6ntle S6de109 ' i. s'eï t preaour 28 is 80%. the necessary power to treat dry air at a rate of 10 OC-e m / (12.95 x! 0 kg / U) has the value: 201 kJ / kg xI2.95 x O13 k / h / 0 3.252 MJ / h In the case where the nitrogen at 25C and 6105Pa is de ned by the diathermatic diathermatic tower 1, which is used to determine the pH value, the dia- ... o o oi oi oi oi = otnnle S6de109 'i. get away
que a2i.n 32i iakpCee qU2 li Qi;ziI3ax f 3 dé- that a2i.n 32i iakpCee qU2 li Qi; ziI3ax f 3 de
tentO E? 85.%; eXt, la -puiLM3zeet^t 0eS1 1' a %o UI __ - déoxi de =57F;0 z:i!i7r val aou: tentO E? 85.%; eXt, the -PuiLM3zeet and the 1% o UI __ - deoxi of = 57F; 0 z: i! i7r val aou:
109 kJ/kg x 7?, j 05 Y / Ju8 - 6i9 J/h. 109 kJ / kg x 7%, 05 Y / Ju8 - 619 J / h.
zr voii 1% de3 la puiLZ:an@ue à 2ozdi au, Z es-e 2 p ú aYeaS1t2p la tvurbine dû ten.te 67, A l'&1kihngeur doaie G 61 à " déliVre la tour d'adaz-tio e bc d'utÄablu'. 8'vw.e.do ïGhal' &a-'aÀ s 1cmia 3 auef 0 id22 2ei zr voii 1% of3 the puiLZ: an @ ue at 2ozdi au, Z es-e 2 p ú aYeaS1t2p the tvurbine due gate 67, At l'inkihngeur doaie G 61 to "déliVre the adaz-tio e tower bc of use 8'vw.e.do ïGhal '& to-s 1cmia 3 auef 0 id22 2ei
Cit à - w" t de o@e te quporte CelJi- What is the name of Celje?
ci. i 200O%,1 J[erSqàú àeO 200 ost envoyé - this. i 200O%, 1 J [erSq to 0O 200 ost sent -
la turbine uei d4t- te 6 sae-e que à zts ' 200C et à 6.!05pa the turbine is only at 200 C and at 6.! 05pa
" 3on 5 J 1 's3 a d " e< f b3 d i,.sneneit a pre- "3on 5 J 1 's3 has already been given
sion, 1sion, 1
172 et/ " " f lt i-aneitq ie ei l e de la tur- 172 and / "" f i-aneitqie ei l e of tur-
bine de détente 67..t- de 80'%, a pissance oupre lar lI tUrbite de détoente 67 ú pour vslour: Relaxing belt 67% - 80%, with plenty of power to loosen up to 67% for vslour:
12 'Ji/kg x 7?, x 103 kg/h x,8b 975 -MJ/h. 12 '/ kg x 7', x 103 kg / h x, 8b 975 -MJ / h.
Par conSquent, grace à la mise en oeuvre de l'échau- Therefore, thanks to the implementation of the
seur d ch!leur bl, -J':', de le puissanoe nécessaire pour en- their power, the power necessary to
trauler 1e compreseeur '28 peuvent ttre économieas par 1i t=bine de détente b7. lDe plus, alors que l'air comprimé est ramené de 240 à 140C par le refroidisseur secondaire The compressor 28 may be economized by means of the rebounder b7. In addition, while the compressed air is reduced from 240 to 140C by the secondary cooler
24971'24971 '
dans le cas o l'échangeur de chaleur 61 est absent, lorsqu'il est fait appel à l'échangeur de chaleur 61, le in the case where the heat exchanger 61 is absent, when it uses the heat exchanger 61, the
refroidisseur secondaire 60 n'a à faire passer l'air com- secondary cooler 60 does not have to pass the air
primé que de 170 à 400C, d'o s'ensuit également la possi- awarded from 170 to 400C, from which also follows the possibility
bilité de réduire l'apport de froid, ou charge de refroi- to reduce the supply of cold, or the cooling
dissement, du refroidisseur secondaire 60. of the secondary cooler 60.
On se reportera à présent à la fig.3, qui représente Referring now to FIG.
une deuxième forme de réalisation de l'invention. Les élé- a second embodiment of the invention. The ele-
ments constitutifs identiques à ceux de la première forme constituent elements identical to those of the first form
de réalisation préférée portent les mêmes repères numéri- preferred embodiment carry the same numerical
ques, et on ne décrira ci-après que les parties de l'appa- and only the parts of the apparatus will be described below.
reil qui diffèrent de celles de la première forme de réa- different from those of the first form of
lisation préférée.preferred implementation.
Dans cette forme de réalisation, la conduite princi- In this embodiment, the main driving
pale de sortie d'oxygène 57 ne comporte pas de pompe d'as- Oxygen outlet pad 57 does not have an auxiliary pump.
piration 32 ni de moteur 31. Une conduite principale de retour d'azote gazeux 69 part de la conduite de sortie d'azote 68 et aboutit à la conduite collectrice 4 par une A main line for returning nitrogen gas 69 starts from the nitrogen outlet line 68 and ends in the collecting duct 4 with a nozzle.
conduite de retour d'azote 71 qui est munie d'une vanne 70. nitrogen return line 71 which is provided with a valve 70.
De plus, la conduite principale de retour d'azote 69 est In addition, the nitrogen return main line 69 is
reliée à la conduite collectrice 6 par une conduite de re- connected to the collecting pipe 6 by means of a
tour d'azote gazeux 73 munie d'une vanne 72. nitrogen gas tower 73 provided with a valve 72.
Cette deuxième forme de réalisation ne diffère de This second embodiment differs from
celle représentée par la fig.2 qu'en ce qui concerne l'opé- the one shown in fig.2 with regard to the operation
ration de désorption effectuée dans la tour d'adsorption 2, laquelle se déroule comme suit: Lors de l'exécution de l'opération de désorption, la délivrance de l'air contenu dans la tour d'adsorption desorption ration carried out in the adsorption tower 2, which proceeds as follows: During the execution of the desorption operation, the delivery of the air contained in the adsorption tower
2 est effectuée de la même façon que dans la première for- 2 is carried out in the same way as in the first form.
me de réalisation préférée, et elle fait descendre la pression régnant dans la tour 2 à une valeur voisine de preferred embodiment, and it lowers the pressure prevailing in the tower 2 to a value close to
celle de l'atmosphère. Après cette réduction de la pres- that of the atmosphere. After this reduction in the
sion, la vanne 15 est fermée et les vannes 72 et 17 sont ouvertes, ceci afin de conduire dans.la tour 2 une partie de l'azote gazeux circulant dans la conduite de sortie d'azote en lui faisant emprunter la conduite principale the valve 15 is closed and the valves 72 and 17 are open, in order to conduct in turn 2 a portion of the nitrogen gas flowing in the nitrogen outlet pipe by making it borrow the main pipe
de retour d'azote 69 et la conduite de retour d'azote 73. return of nitrogen 69 and nitrogen return line 73.
Dans la tour d'adsorption 2, vu qu'il y a introduction de l'azote et que la pression partielle de l'oxygène est 12' abaissée, l'oxygène se désorbe de l'agent adsorbant et est In the adsorption tower 2, since nitrogen is introduced and the partial pressure of the oxygen is lowered, the oxygen is desorbed from the adsorbent and is
extrait par la conduite de sortie d'oxygène 52 et la con- extracted by the oxygen outlet pipe 52 and the
duite de sortie principale. Après que l'oxygène a été dé- main exit. After the oxygen has been removed
livré, les vannes 17 et 72 sont fermées et les vannes 36 et 25 sont ouvertes afin d'envoyer l'azote comprimé dans delivered, the valves 17 and 72 are closed and the valves 36 and 25 are opened in order to send the compressed nitrogen into
la tour pour élever la pression régnant dans celle-ci. the tower to raise the pressure prevailing in it.
Des modifications peuvent être apportées aux formes Changes can be made to shapes
de réalisation de l'invention ci-dessus décrites sans sor- embodiments of the invention described above without
tir pour autant du cadre de l'invention. Par exemple, dans les deux formes de réalisation, on pourrait supprimer la conduite principale d'amenée d'azote 59, la vanne 36, les conduites d'amenée d'azote 54 et 56 et les vannes 21 et , et réaliser l'augmentation de pression dans la tour d'adsorption 2 en introduisant de l'azote comprimé dans la tour d'adsorption 2 par la conduite de sortie d'azote 55, ceci en ouvrant la vanne 23. làn outre, l'augmentation de however, within the scope of the invention. For example, in both embodiments, the nitrogen main line 59, the valve 36, the nitrogen supply lines 54 and 56, and the valves 21 and, could be omitted and realized. pressure in the adsorption tower 2 by introducing compressed nitrogen into the adsorption tower 2 via the nitrogen outlet pipe 55, this by opening the valve 23. In addition, the increase in
pression pourrait être réalisée en ouvrant la vanne 13 a- pressure could be achieved by opening the valve 13 a-
fin d'envoyer l'air comprimé dans la tour d'adsorption 2. end of sending the compressed air into the adsorption tower 2.
Si l'air est débarrassé de son humidité avant compression, on peut aussi supprimer le séparateur de vidange 63 et le dessiccateur 64. De plus, en refroidissant l'air comprimé par mise à profit du froid de l'azote à basse température qui est délivré par la turbine de détente 67, on peut soit supprimer le groupe-frigorifique 42, soit le prendre de plus faible capacité. De plus, l'échangeur de chaleur 61 If the air is freed from moisture before compression, the drain separator 63 and the desiccator 64 can also be omitted. Moreover, by cooling the compressed air by taking advantage of the cold of the low temperature nitrogen which is delivered by the expansion turbine 67, one can either remove the refrigerating unit 42, or take it of lower capacity. In addition, the heat exchanger 61
et le refroidisseur secondaire à circulation d'eau 60 peu- and the water-cooled secondary cooler 60 can
vent être disposés dans l'ordre inverse. Noon nécessaire- may be arranged in the reverse order. Noon needed-
* ment limité à deux, le nombre des tours d'adsorption peut être quelconque, auquel cas les conduites respectives peuvent être reliées directement aux tours d'adsorption avec suppression des conduites collectrices. De plus, laThe number of adsorption towers can be limited to two, in which case the respective pipes can be connected directly to the adsorption towers with removal of the collecting pipes. In addition, the
présente invention est applicable non seulement à la sé- The present invention is applicable not only to the
paration de l'air, mais aussi à la séparation d'autres paration of the air, but also to the separation of others
mélanges gazeux o il s'agit d'adsorber de l'azote. gaseous mixtures where it is a question of adsorbing nitrogen.
On se reportera à présent à la fig.4, qui représente une troisième forme de réalisation de l'invention dans laquelle il est fait appel à dex tours d'adsorption 1 et 2 qui sont remplies d'un agent adsorbant d'oxygène, formé par exemple par une zéolite de type e-Na-A ou par une zéolite de type Ie-K-1a-A. Il est prévu une conduite d'air 29 pour amener l'air servant de gaz de départ ou gaz brut dans les tours d'adsorption 1 et 2, ainsi que des conduites d'air 8 et 14 qui partent de la conduite d'air 29 et sont munies de vannes respectives 7 et 13. Sur la conduite d'air 29 sont insérés un échangeur de chaleur 62, un compresseur 28, un refroidisseur secondaire à circulation d'eau 60 et un groupe frigorifique 42. Le compresseur 28 est accouplé à un moteur 27, lequel est lui-même accouplé à une turbine de détente 67 qui joue le râle d'un dispositif de détente adiabatique. Du même c8té des tours d'adsorption respecti- Reference will now be made to FIG. 4, which shows a third embodiment of the invention in which use is made of adsorption towers 1 and 2 which are filled with an oxygen adsorbent agent formed for example by an e-Na-A type zeolite or an Ie-K-1a-A type zeolite. An air duct 29 is provided for supplying the air serving as starting gas or raw gas in the adsorption towers 1 and 2, as well as air ducts 8 and 14 which leave the air duct 29 and are provided with respective valves 7 and 13. On the air duct 29 are inserted a heat exchanger 62, a compressor 28, a water-cooled secondary cooler 60 and a refrigeration unit 42. The compressor 28 is coupled a motor 27, which is itself coupled to an expansion turbine 67 which plays the rattle of an adiabatic expansion device. On the same side of the respective adsorption towers
ves 1 et 2 o sont montées les conduites d'amenée d'air 8 et 14 sont également prévues des conduites Vévacuation d'air 10 et 16 quî sont munies de vannes respectives 9 et 15, ainsi que des conduites de sortie d'oxygène 51 et 52, respectivement munies de vannes 11 et 17. Les conduites d'évacuation d'air 10 et 16 se réunissent pour former une conduite d'vacuation d'air commune 30. Les conduites de sortie d'oxygène 51 et 52 se réunissent également pour former une conduite de sortie d'oxygène commune 57, sur laquelle est insérée une pompe d'aspiration 32 accouplée à un moteur 31. Du c8té directement opposé à celui o les conduites d'amenée d'air 9 et 14 aboutissent respectivement aux tours d'adsorption 1 et 2, il est prévu des conduites de sortie d'azote respectives 53 et 55, qui sont munies de 1 and 2, the air supply lines 8 and 14 are also provided with air evacuation lines 10 and 16 which are provided with respective valves 9 and 15, as well as with oxygen outlet lines 51. and 52, respectively provided with valves 11 and 17. The air discharge lines 10 and 16 meet to form a common air vent line 30. The oxygen outlet lines 51 and 52 also meet. to form a common oxygen outlet line 57, on which is inserted a suction pump 32 coupled to a motor 31. From the side directly opposite to that o the air supply lines 9 and 14 respectively terminate the towers. adsorption 1 and 2, respective nitrogen outlet pipes 53 and 55 are provided which are provided with
vannes respectives 19 et 23, ainsi que-des conduites res- respective valves 19 and 23, as well as
pectives d'amenée d'azote 54 et 56, elles-mêmes munies de nitrogen supply lines 54 and 56, which are themselves equipped with
vannes respectives 21 et 25. Les conduites de sortie d'a- respective valves 21 and 25. The outlet pipes of
zote 53 et 55 se réunissent pour former une conduite de sortie d'azote commune 58. Les conduites d'amenée d'azote 54 et 56 communiquent avec une conduite d'azote 52 qui part de la conduite de sortie d'azote 58 et est munie d'une vanne 56. Une turbine de détente 67 est insérée sur la conduite de sortie d'azote 58, et l'extrémité aval de la conduite de sortie d'azote 58 communique avec l'admission du circuit d'agent de refroidissement de l'échangeur de Zote 53 and 55 join together to form a common nitrogen outlet line 58. The nitrogen supply lines 54 and 56 communicate with a nitrogen line 52 which starts from the nitrogen outlet line 58 and is equipped with a valve 56. An expansion turbine 67 is inserted on the nitrogen outlet pipe 58, and the downstream end of the nitrogen outlet pipe 58 communicates with the inlet of the cooling agent circuit. of the heat exchanger
chaleur 62. Une conduite d'évacuation d'azote 68 est rac- 62. A nitrogen exhaust line 68 is
cordée à la sortie du circuit d'agent de refroidissement strung at the outlet of the coolant circuit
de l'échangeur de chaleur 62.of the heat exchanger 62.
En tant que matière première, de l'air débarrassé de As a raw material, air rid of
poussières et d'humidité est envoyé 1 'échangeur de cha- dust and moisture is sent 1 'heat exchanger
leur 62, dans lequel il subit un refroiiissement. L'air their 62, in which it undergoes a cooling. The air
quittant l'échangeur de chaleur 62 est envoyé au compres- leaving the heat exchanger 62 is sent to the compressor.
seur 28, entraeiné par le moteur 215 o il subit une com- 28, driven by the engine 215 where it undergoes a com-
pression et une é&lvation correspondante de sa températu.re. pressure and a corresponding rise in temperature.
Du compres.eur 28, cet air est envoyé par la conduite d'air 29 au refroidisseur secondaire a circulation d'eau From the compressor 28, this air is sent via the air duct 29 to the secondary cooler with water circulation.
, o se température est réabai.ssëe Il est ensuite en- , where temperature is restored. It is then
royé au grouoi úrigorifiquo 42, o sa tempe-ature subit une.ouvlle éduction. On và & présent décmrire le ea ou unei op.ration d 'adsoption est effectué.e dans la tour d'adsorption I et o:nme opération de 7$. stitut'ion par he was at the grouoi úrigorifiquo 42, where his tempe-ature undergoes a new eduction. It is now possible to decry the water or an adsorption operation is carried out in the adsorption tower I and a $ 7 operation. stitut'ion by
désorption eS' e tecuéiée dis ln &t3 ' - so 2. desorption ee 'e tecuied dis ln & t3' - so 2.
r Dans ce cas, les vernnes 7 e 19 asl e3-cS ' la touâ d0ai- r In this case, the vernaculars 7 and 19 asl e3-cS '
sorption 1 son3t ouvertes, les vannes 9, Il et 21 sontj; fermées, et les varInes 13 et 23 associées ". l'autre tour d'adsorption 2 sont fe Eqes. Ln air qui -ai tte le groupe Sorption 1 is open, the valves 9, 11 and 21 are; closed, and the variables 13 and 23 associated with the other adsorption tower 2 are closed.
frigorifiiue 2 traverse la conduite d'ir 29, la condui- refrigerant 2 passes through the pipe 29, the pipe
te d'amernée dnair 8 t la -varmie 7, et il pénètre dans la you are in the air 8 and the 7th, and he enters the
tour d'adsorption.adsorption tower.
A ilintérieur de la tour d'adso.-ticn 1, 'i o 1 mgZje contenu dans l'air est adsorbé pir un agent adsorbante L:emce rscsiduel Guitte la totu d'absorttion ', et il gLer la turui:e de détente 67 en passant par la vanne 19, la conduite de sortie dazote 53 et la conduite de sortie d'azote 58 pour entran.er la turbine de détente 67 sous Inside the tower of adso-ticn 1, 1 mgZ contained in the air is adsorbed by an adsorbent agent. It is absorbed by the abscess, and it relaxes the atmosphere. passing through the valve 19, the nitrogen outlet pipe 53 and the nitrogen outlet pipe 58 to drive the expansion turbine 67 under
1-effet de sa preesion. La puissance foirnie par la tur- 1-effect of his preesion. The power of the turkey
bine de détente 67 entraYne elle-mgme le moteur 27, dont J.a dconsonator d 'énergie se trouve ainsi eréduilte-dans la turbiui de d ttente b7, l'azote se détend, si bien que sa pression diminue et que sa température descend en conséquence, et l azote aqui quitte la turbine de détente As a result, the motor 27, whose energy consumption is thus reduced in the storage turbine b7, relaxes the nitrogen, so that its pressure decreases and its temperature decreases accordingly. , and the aqui nitrogen leaves the expansion turbine
67 pénètre dans l'échangeur de chaleur 62 Dlans l'échan- 67 enters the heat exchanger 62 Dlans the exchange
geur de chaleur 62, il s'effectue un échange de chaleur avec l'air, de sorte que la températue de l'azote monte, heat 62, heat is exchanged with the air, so that the temperature of the nitrogen rises,
et celui-ci est envoye par la conduite d'évacuation d'azo- and this one is sent through the azot evacuation pipe
te 68 en un lieu ou unle usine prédéterminés. D'autre part, en ce qui concerne la tour d'adsorption 2, dont les vannes 13 et 23 sont fermées, les vannes 25 et 17 sont également fermées, la vanne 15 étant seule maintenue ouverte, de sorte que l'air contenu dans la tour d'adsorption 1 se trouve évacué par la vanne 15, la conduite d'évacuation d'air 16 et la conduite d'évacuation d'air 30 et que la pression régnant dans la tour d'adsorption 2 subit donc une diminution. Initialement, l'air accumulé dans les 68 at a predetermined location or factory. On the other hand, with regard to the adsorption tower 2, whose valves 13 and 23 are closed, the valves 25 and 17 are also closed, the valve 15 being kept open alone, so that the air contained in the adsorption tower 1 is evacuated by the valve 15, the air discharge pipe 16 and the air discharge pipe 30 and that the pressure in the adsorption tower 2 is therefore reduced. Initially, the air accumulated in
interstices séparant les grains d'agent adsorbant est éva- interstices separating the grains of adsorbent agent is
cué par la conduite d'évacuation d'air 50, puis il y a évacuation d'un gaz à concentration en 02 graduellement croissante. Lorsque la concentration en 02 du gaz évacué par la conduite d'évacuation d'air 30 a atteint une valeur prédéterminée, la vanne 15 est fermée et la vanne 17 est it is exhausted by the air evacuation pipe 50, and then a gas with a gradually increasing 02 concentration is evacuated. When the concentration of O 2 of the gas evacuated by the exhaust air duct 30 has reached a predetermined value, the valve 15 is closed and the valve 17 is
ouverte. La pompe d'aspiration 32 est mise en fonctionne- opened. The suction pump 32 is put into operation
ment par le moteur 31 afin d'aspirer le gaz contenu dans motor 31 to suck up the gas contained in
la tour d'adsorption 2 à travers la vanne 17 et les con- the adsorption tower 2 through the valve 17 and the
duites de sortie d'oxygèe 52 et 57, d'o s'ensuit que la pression régnant dans la tour d'adsorption 2 diminue et output of oxygen 52 and 57, from which follows that the pressure in the adsorption tower 2 decreases and
que l'oxygène adsorbé par l'agent adsorbant se désorbe. that the oxygen adsorbed by the adsorbent agent is desorbed.
Après que l'oxygène a été désorbé par réduction de la pression à une valeur prédéterminée et que l'oxygène a été délivré en un lieu ou une usine prédéterminés par la vanne 17 et les conduites de sortie d'oxygène 52 et 57, After the oxygen has been desorbed by reducing the pressure to a predetermined value and the oxygen has been delivered to a predetermined location or plant by the valve 17 and the oxygen output lines 52 and 57,
la vanne 17 est fermée et les vannes 25 et 36 sont ouverte.. the valve 17 is closed and the valves 25 and 36 are open ..
De l'ouverture des vannes 25 et 96 c'ensuit qu'une partie de l'azote circulant dans la conduite de sortie d'azote 58 From the opening of the valves 25 and 96 it follows that a part of the nitrogen flowing in the nitrogen outlet pipe 58
se trouve envoyée dans la tour d'adsorption 2 par la con- is sent to adsorption tower 2 by means of
duite d'azote 59 et la conduite d'amenée d'azote 56, ce qui provoque une élévation de la pression dans la tour d'adsorption 2. En variante, on pourrait faire monter la pression régnant dans la tour d'adsorption 2 en envoyant de l'air comprimé à la place de l'azote, ceci en ouvrant la vanne 13 tout en maintenant fermées les vannes 25 et 36 et en admettant l'air comprimé par la conduite d'air et nitrogen outlet 59 and nitrogen feed line 56, which causes a rise in the pressure in the adsorption tower 2. Alternatively, the pressure in the adsorption tower 2 could be increased by sending compressed air in the place of nitrogen, this by opening the valve 13 while keeping the valves 25 and 36 closed and admitting the compressed air through the air duct and
la conduite d'amenée d'air 14.the air supply duct 14.
Vu que, dans la forme de réalisation ci-dessus décrite, de l'oxygène est adsorbé par l'agent adsorbant et que l'oxygène à adsorber représente environ 1/5 de la quantité totale d'air, N2 et 2 peuvent être séparés l'un Since, in the embodiment described above, oxygen is adsorbed by the adsorbent and the oxygen to be adsorbed is about 1/5 of the total amount of air, N 2 and 2 can be separated. Mon
de l'autre en n'adsorbant qu'une faible quantité de gaz. on the other, absorbing only a small amount of gas.
De plus, comme l'azote qui n'est pas adsorbé par l'agent adsorbant représente les 4/5 restants de l'air lorsqu'il se détend dans la turbine b7 dans laquelle s'opère une récupération d'énergie, le taux do récupération de l'éner- In addition, since the nitrogen that is not adsorbed by the adsorbent agent represents the remaining 4/5 of the air when it expands in the turbine b7 in which energy recovery takes place, the rate do recovery of energy
gie de compression de l'air comprimé est très important. Compressed air compression is very important.
En outre, comme la température de l'air avant compression se trouve abaissée au moyen de l'azote refroidi qui s'est détendu dans la turbine b67, le compresseur 28 peut être entrainé en exigeant une énergie moindre pour comprimer l'air en le portant à une pression prédéterminée, ce qui élève en conséquence le rendement du compresseur 28. De plus, comme la température de l'air est abaissée avant In addition, since the temperature of the air before compression is lowered by means of the cooled nitrogen which has expanded in the turbine b67, the compressor 28 can be driven by requiring a lower energy to compress the air by to a predetermined pressure, thereby raising the efficiency of the compressor 28. In addition, since the air temperature is lowered before
compression, elle ne remonte que légèrement après compres- compression, it only goes up slightly after compres-
sion. De ce fait, l'élévation de la température de l'air après compression est rendue plus faible, ce qui réduit if we. As a result, the rise in the air temperature after compression is made lower, which reduces
la quantité d'énergie à fournir pour le refroidissement. the amount of energy to provide for cooling.
On va à présent décrire des exemples pratiques d'ex- We will now describe practical examples of
périences de séparation d'air en N2 et 02 par adsorption effectuées en mettant en oeuvre la forme de réalisation N 2 and O 2 air separation per adsorption carried out using the embodiment
ci-dessus décrite de la présente invention. described above of the present invention.
Example -Example -
On a opéré un essai de séparation d'air en utilisant An air separation test was carried out using
un appareil dans lequel une soupape régulatrice de pres- an apparatus in which a pressure regulating valve
sion était disposée à la place de la turbine de détente 67 was placed in place of the expansion turbine 67
mise en oeuvre dans l'appareil représenté par la fig. 4. implemented in the apparatus shown in FIG. 4.
Les tours d'adsorption 1 et 2 avaient été remplies de 30 kg d'une zéolite de type Ye-K-Na-A à diamètres de Adsorption towers 1 and 2 had been filled with 30 kg of Ye-K-Na-A type zeolite with
grains d'environ 1 mm. -grains of about 1 mm. -
De l'air sec à 25 C et sous 105Pa était porté par le compresseur 28 à une pression de 6,5.10 Pa, La température immédiatement apres compression était d'environ 250 C L'air comprimé à environ 230Q0C était refroidi jusqu'à environ 25 0, puis envoyé à la tour d'adsorption 1 sous un débit de 10m3/h pour donner lieu à une adsorption de l'oxgène par la zéolite de type Fe-K-Na-A. La pression régnant à ce moment dans la tour d'adsorption I était, d'environ 6.105pa.De l'azote gazeux à concentration en 0 de 1 % au plus était délivré par la tour d'adsorption Dry air at 25 ° C. and 105 Pa was carried by the compressor 28 at a pressure of 6.5 × 10 Pa. The temperature immediately after compression was about 250 ° C. The compressed air at about 230 ° C. was cooled to about 25 0, then sent to the adsorption tower 1 at a flow rate of 10m3 / h to give rise to an adsorption of the oxygen by Fe-K-Na-A type zeolite. The pressure prevailing at this time in the adsorption tower I was about 6.105 Pa. Nitrogen gas at 0 concentration of 1% at most was delivered by the adsorption tower.
249711,249711,
1?1?
sous un débit de 5,6 m5/h.at a flow rate of 5.6 m5 / h.
De l'oxygène gazeux é concentration en 02 de 78 % était délivré sous un débit de 2,0 mj/h par la tour d'adaorption 2, dans laquelle était en cours une opération de désorption, et la pression finale régnant dans la tour Gaseous oxygen at O 2 concentration of 78% was delivered at a rate of 2.0 mJ / hr by the adaorption tower 2, in which a desorption operation was in progress, and the final pressure prevailing in the tower
d'adsorption 2 était réduite à 0,2.105Pa. adsorption 2 was reduced to 0.2 × 10 5 Pa.
Dans cette expérience, on a étudié la séparation de l'air par adsorption en faisant appel à un appareillage & échelle réduite dans lequel l'air comprimé était envoyé sous un débit de 10 m3/h et, en raison de la valeur si faible du débit de sortie du gaz dans ce cas, il n'était In this experiment, the separation of air by adsorption was studied using a reduced scale equipment in which compressed air was sent at a flow rate of 10 m 3 / h and, because of the low value of gas flow rate in this case it was not
pas possible de faire fonctionner la turbine de détente 67. it is not possible to operate the expansion turbine 67.
$outefois, même lorsque le dimensionnement de l'appareil est porté à une échelle telle que le débit de délivrance de l'air comprimé envoyé à la tour d'adsorption I puisse However, even when the design of the apparatus is increased to a scale such that the rate of delivery of the compressed air to the adsorption tower I can be
s'élever à 10 000 mA/h afin de rendre possible le fonction- rise to 10,000 mA / h in order to make possible the
nement de la turbine de détente 67, une exploitation de of the expansion turbine 67, an operation of
l'appareil selon le même mode que dans l'exemple d'expé- the device in the same way as in the example of
rience ci-dessus décrit conduit à des conditions d'ob- experience described above leads to conditions of ob-
tention de N2 et de 02 qui sont les suivantes: Le gaz délivré pendant l'opération d'adsorption est de l'azote gazeux à concentration en 02 de 1 % au plus dont le débit est de 5600 m3/h, et le gaz délivré pendant l'opération de désorption est de l'oxygène à concentration N 2 and O 2 are as follows: The gas delivered during the adsorption operation is nitrogen gas with a 02 concentration of not more than 1% whose flow rate is 5600 m3 / h, and the gas delivered during the desorption operation is concentrated oxygen
an 02 de 78 % dont le débit est de 2000 m3/h. year 02 78% whose flow is 2000 m3 / h.
On va à présent calculer les quantités de chaleur mines en Jeu dans les différents dispositifs de l'appareil lorsque celui-ci traite de l'air comprimé admis sous un débit de 10 000 m5/h. Dans cet exemple, bien que les aenthalpies de l'air, de l'azote et de l'oxygène soient un tant soit peu différentes les unes des autres, on effectuera les calcula en faisant comme ai ces enthalpies étaient: We will now calculate the amount of heat mines in play in the various devices of the device when it deals with compressed air admitted at a rate of 10,000 m5 / h. In this example, although the air, nitrogen and oxygen aenthalpies are a little different from each other, we will calculate them by doing as these enthalpies were:
égales entre elles, ceci dans un but de simplification. equal to each other, for the purpose of simplification.
La différence d'enthalpie obtenue lorsque de l'air The enthalpy difference obtained when air
sec à 250C et sous 10 Pa a été porté à 6,5.105Pa par com- dry at 250C and under 10 Pa was raised to 6.5.105Pa per
pression adiabatique au moyen du compresseur 28 est de adiabatic pressure by means of the compressor 28 is to
209 kJ/kg, d'o s'ensuit que si l'on suppose que le ren- 209 kJ / kg, from which follows that if we assume that
dement du compresseur 28 est de 80 %, la puissance néces_ saire au traitement d'un débit d'air sec de 10 000 m3/h (12,95 x 105 kg/h) a pour valeur Since the pressure of the compressor 28 is 80%, the power required to treat a dry air flow rate of 10,000 m3 / h (12.95 x 105 kg / h) has the value of
209 kJ/kg x 12,9-5 x 105 kg/t / 08 = 3.386 MJ/h. 209 kJ / kg x 12.9-5 x 105 kg / t / 08 = 3.386 MJ / h.
Dans le cas o lazote à 25 C et sous 6 bars qui e.t In the case where the nitrogen at 25 C and under 6 bars which is
délivré par la tour d'adsorption I effectuant une opéra- delivered by the adsorption tower I carrying out an operation
tion dadisoption a été soumis dans la turbimne de dét' 67 à une ditente adiabatiquo qui an raane a preasioL à 1,2. 105Pas 1. diff:&enc-e d'enibelpje obte*oe eât do i0 kJ/k$. Il &'Gesuit qUe si ln 1 app'2. qwua le a de la tur-ïine d: détente 7' e'ti e k-0 d ia puiSance deéeVlppee en t-raetant de I o;e ous débit de & /M h (7,0 x 0-l kw/h)pour ae-: 09 ki/kg x '7,O0 x q105 L-g/ ' 08 61i M.J/.l, On voit do-n q-ilenvi 1 % e0: ' -z'è oiuir pour ent:ainer leorsom 2o Xr ,écu.s' p&r 1e turbineE de 16tente 67 The adoption option was submitted in the Detection Turbine 67 to an adiabatiquo which was preseed at 1.2. 105No. 1. Difference in income obtained from $ k / $ k. There is only one appetite. qwua has the value of turin in the range of 7 per cent of the flow of water in the range of the flow rate of λ / M h (7.0 x 0-l kw / h) for ae-: 09 ki / kg x '7, O0 x q105 Lg /' 08 61i MJ / .l, One sees do-n q-itenvi 1% e0: '-z'è oiuir to ent: ainer leorsom 2o Xr, ecu.s' p & r 1 the turbine of 67
De Pls s -acte gaze-: qui r tVie iua riL'a.e {- Pls s - gaseous gaseous:
tonte 67 volt aa dmprathr: sabisso 6e 25 0 à eiu'oj-a -6?0 p&a détentt adibtiqua Dans ces dtaoa j n $uppoSe qU ó Cet azoo fe frQ s e Q3 o. c Me age,z de n ointe ent Ci l'éc12eur fe e et qUI reartà 2eCdu 11e r 5.2 il que 4:r sec pètr1nt evant r _. 1 a de mi î.eur 62 qu't!,air sec qzu i qu:tte lc g d ohaleur 62 ff l t ne à une petue dse 0^,-, Par conséquent;. ia eiúté--eênce d3en:thalpi, a'int;-r, duisant lorsque; de!laz sac à 20 0C Gt sLous a c' -D p0o!t; à 6,5. 1Pa palr c opression diab&atiq%' d e mowing 67 volts aa dmprathr: sabisso 6th 25 0 to eiu'oj-a -6? 0 p & has adibtiqua In these dtaoa j n uppoSe qU ó This azoo fe frq s e Q3 o. c Me n age, z de n oin ent Ci The rider fe e and q uI reartà 2eC du 11 th r 5.2 il that 4: r sec pètrntant r _. In this case, the air must be dry, and the air must be dry, so that the air must be at a minimum of 0 ° C. the eiety of the thalpi, with the intention when; of the bag at 20 ° C. at 6.5. 1Pa palr c opression diabetic
176 kJ/kg. d'oi- &onsuit 'que 3i li r d4ent de cop oes- 176 kJ / kg. It should be noted that there are three co-owners
aour 28 est de E fj la puiaa6:'hce casiee pcr et ner 1 pSs-e 28 a pour vleur Aour 28 is E fj la puiaa6: 'this case pcr and ner 1 pSs-e 28 a for vleur
176 kJ/kg x 12e95 x 1O kg/h /, = 2 846 mJ/h. 176 kJ / kg × 12E95 × 10 kg / h /, = 2846 mJ / h.
En cone6séquence, gràce à la}i:se en oeur-e de 1'e- In consequence, thanks to the fact that
changeur de chaleur, la puisasnce dont on a beoinL n'est que de 2.846 MJ/h6 comparativement aux 3.386 MJ/h heat exchanger, the power we have had is only 2.846 MJ / h6 compared to 3.386 MJ / h
qui sont exiges dans la technique anterieure, et on Za- which are required in the prior art, and
lige ainai une économie de puissanee de.540 MJ/h '' De plUS, VU quUne puissance de 611 MJ/h p e u t être r&cupérée par la turbine de détente 67, la puissance Thus, a power saving of 540 MJ / h '' more than a power of 611 MJ / h can be recovered by the expansion turbine 67, the power
-9 249711-9 249711
correspondante peut être économisée pour l'entra nement can be saved for training
du compresseur 28, et l'on peut réaliser sur la consomma- compressor 28, and it can be realized on the consumption
tion d'énergie du compresseur 28 une économie totale de 1.151 MJ/h, q u i e s t é g a 1 e à e n v i r o n 34 de la puissance nécessaire pour entrainer le compres- seutr. ExemDle 2 On a opéré un essai de séparation d'air en utilisant A total saving of 1,151 MJ / h is achieved by the energy consumption of the compressor 28, which increases the power required to drive the compressor. EXAMPLE 2 An air separation test was carried out using
un appareil dans lequel une soupape régulatrice de pres- an apparatus in which a pressure regulating valve
sion était montée à la place de la turbine de détente 67 sion was mounted in place of the expansion turbine 67
mise en oeuvre dans l'appareil représenté par la fig.2. implemented in the apparatus shown in fig.2.
Les tours d'adsorption 1 et 2 avaient été remplies avec 20 kg d'une zéolite de type F'e-Na-A à grosseur de The adsorption towers 1 and 2 had been filled with 20 kg of a zeolite of F'e-Na-A type with a size of
grains d'environ 1 mm.grains of about 1 mm.
15. De l'air sec à 25 C et sous lOE Pa était porté par le compresseur 28 A une pression de 6,5.10 Pa. La température 15. Dry air at 25 ° C. and under 10 ° Pa was carried by the compressor 28 at a pressure of 6.5 × 10 Pa.
immédiatement après compression était d'environ 2300C. immediately after compression was about 2300C.
L'air comprimé à environ 250 C était refroidi jusqu'à en- The compressed air at around 250 C was cooled down to
viron 00C, puis envoyé A la tour d'adsorption 1 sous un viron 00C, then sent to adsorption tower 1 under a
débit de 10 m3/h pour donner lieu à une adsorption d'oxy- flow rate of 10 m3 / h to give an oxy-
gène par la zéolite de type M.e-Na-A. La pression régnant à ce moment dans la tour d'adsorption 1 était d'environ gene by the M.e-Na-A zeolite. The pressure prevailing at this time in the adsorption tower 1 was about
6.10 Pa. A la sortie dela tour d'adsorption 1, on recueil- 6.10 Pa. At the end of the adsorption tower 1,
lait de l'azote à concentration en 02 de 1% au plus, sous nitrogen milk at a concentration of 02 of not more than 1%,
un débit de 5,8 m3/h.a flow rate of 5.8 m3 / h.
De l'oxygène gazeux à concentration en 02 de 81% é- Oxygen gas with an O 2 concentration of 81%
tait délivré par la tour d'adsorption 2 sous un débit de was delivered by adsorption tower 2 at a rate of
2,0 m3/h, et la pression finale régnant dans la tour d'ad- 2.0 m3 / h, and the final pressure in the tower
sorption 2 était réduite à 0,2. 105Pa. sorption 2 was reduced to 0.2. 105Pa.
Dans cette expérience, on a étudié la séparation de In this experiment, we studied the separation of
l'air par adsorption en faisant appel à un appareil à 6- air adsorption using a device at 6-
chelle réduite dans lequel l'air comprimé était envoyé sous un débit de 10 m3/h et, en raison de la valeur si faible du débit de sortie du gaz dans ce cas, il n'était pas possible de faire fonctionner la turbine de détente reduced scale in which the compressed air was sent at a flow rate of 10 m3 / h and, because of the so small value of the gas output flow rate in this case, it was not possible to operate the expansion turbine
67. Toutefois, même lorsque le dimensionnement de l'appa- 67. However, even when the sizing of the
reil est porté à une échelle telle que le débit de déli- it is brought to a scale such that the flow of deli-
vrance de l'air comprimé envoyé A la tour d'adsorption 1 puisse être porté à 10 000 m3/h afin de rendre possible The amount of compressed air sent to adsorption tower 1 can be increased to 10,000 m3 / h in order to make it possible
la fonotionnement de la turbine de détente 67, une exploi- the operation of the expansion turbine 67, an explo-
tation de l'appareil selon le même mode que dans l'exemple d'exprience oidessus décrit conduit à des conditions d'obtention de N2 et de 02 qui sont les suivantes: Le gas délivré pendant l'operation d'adsorption est de lazsote A concentration en 02 de 1% au plus qui est The apparatus described in the same manner as in the example of the experiment described above leads to conditions for obtaining N 2 and O 2 which are the following: The gas delivered during the adsorption operation is of lazsote A 02 concentration of up to 1% which is
fournz sous un débit de 5800 m3/h, et le gaz dêlivré pen- supply at a flow rate of 5800 m3 / h, and the gas
dant l'opération de désorption est de l'oxygône A concan- the desorption operation is oxygen A
tration an 02 de 81% dont le débit est de 2000 03/k. 81% year-on-year, with a throughput of 2000 03 / k.
On vs A présent calculer les quantités de chaleur intervenant dans les différents dispositifs de l'appareil We now calculate the amount of heat involved in the different devices of the device
lorsqu'il s'agit de traiter de l'air comprimé sous un dé- when it comes to treating compressed air under a
bit de 10 O m3/h. Dans cet exemple, bien que les enthal- bit of 10 O m3 / h. In this example, although the enthal-
pies de l'air, de l1oxygène et de l'azote so ent un tant soit peu différentes les unes des autrea, on effectuera les calculs en faisant comme si elles taient 6égales entre If air, oxygen and nitrogen are a little different from each other, the calculations should be made as if they were equal between
elles, ceci dans un but de simplification. they, this for the sake of simplification.
La différence-d'enthalpie introduite lorsque de l'air The difference-of enthalpy introduced when air
sec à 250C et sous 10 Pa a été porté a 6,5.105Pa par compres- dry at 250C and under 10 Pa was raised to 6.5.105Pa by compres-
sion adiabatique au moyen du compresseur 28 est de 209 kJ/kg, adiabatic flow using the compressor 28 is 209 kJ / kg,
d'o s'ensuit que si l'on suppose que le rendement du com- It follows that if we assume that the performance of the com-
presseur 28 est de 80%, la puissance nécessaire au traite- pressure 28 is 80%, the power required for
ment d'un débit d'air sec de 10 000 m3/h (12,95 x 103 kg/h) a pour valeur: a dry air flow of 10,000 m3 / h (12.95 x 103 kg / h) has the value:
209 kJ/kg x 12,95 x 103 kg/h / 0,8 - 3.386 MJ/h. 209 kJ / kg x 12.95 x 103 kg / h / 0.8 - 3.386 MJ / h.
Dans le cas o l'azote à 0 C et sous 6.105Pa qui est délivré par la tour d'adsorption 1 effectuant une opération d'adsorption a été sousis dans la turbine de détente 67 à une détente adiabatique qui en ramène la pression A 1,2.105pa, -0 1 a différence d'enthalpie obtenue est de.100 kJ/kg, et il m'enauit que ai l'on suppose que le rendement de la turbine de détente 67 est de l80%, la puissance obtenue par traitement de l'azote gazeux sous un débit de 5800 m3h (7,3 x I03 kgjh) a pour valeur: In the case where the nitrogen at 0 C and under 6.105 Pa which is delivered by the adsorption tower 1 carrying out an adsorption operation has been underwent in the expansion turbine 67 to an adiabatic expansion which reduces the pressure A 1 , 2.105pa, -0 1 has enthalpy difference obtained is 100 kJ / kg, and it laments that we have assumed that the performance of the expansion turbine 67 is l80%, the power obtained by treatment of nitrogen gas at a flow rate of 5800 m3h (7.3 x I03 kg / h) has the value:
100 çJ/kg x 7,3 X 103 kg/h x 0,5 - 586 MJ/h. 100 μg / kg x 7.3 x 103 kg / h x 0.5 - 586 MJ / h.
De plus, l'azote gazeux qui quitte la turbine de dé- In addition, the gaseous nitrogen leaving the turbine of
tente 67 voit sa température descendre de O C A environ tent 67 sees its temperature drop from about 0 C to about
-85 0 par détente adiabatique, de sorte que si l'on sup- -85 0 by adiabatic expansion, so that if we
pose que cet azote froid est envoyé comme agent de refroidissement à l'échangeur de chaleur 62 et qu'il en poses that this cold nitrogen is sent as coolant to the heat exchanger 62 and that it
ressort à OC, on voit que l'air sec pénetrant avant com- spring at OC, we see that the dry air penetrating before com-
pression dans l'échangeur de chaleur 62 peut subir un a- pressure in the heat exchanger 62 can undergo a-
baissement de température de 48 C, si bien que l'air sec sort de l'échangeur 62 sous une température de -23 C. Par conséquent, ia différence d'enthalpie introduite lorsque l'air sec à -23 C et sous 105Pa a été porté à 6,5.105Pa temperature drop of 48 C, so that dry air leaves the exchanger 62 under a temperature of -23 C. Therefore, the enthalpy difference introduced when dry air at -23 C and 105Pa has has been raised to 6.5.105Pa
par compression adiabatique est de 180 kJ/kg, d'o s'en- adiabatic compression is 180 kJ / kg, which is
9uit que ai la rendement du compresseur 28 est de 80/o, la puissance nécessaire pour entralner le compresseur 28 a pour valeur: When the efficiency of the compressor 28 is 80%, the power required to drive the compressor 28 has the value:
kJ/kg x 12,95 x 103 kg/h / 0,8 - 2.913 MJ/h. kJ / kg x 12.95 x 103 kg / h / 0.8 - 2.913 MJ / h.
En conséquence, grâce à la mise en oeuvre de l'échan- As a result, thanks to the implementation of the
&eur de chaleur 62, la puissance dont on a besoin n'est que de 2.913 MJ/h. au lieu de la puissance d e With heat 62, the power needed is only 2913 MJ / h. instead of the power of e
3.386 MJ/h qui était nécessaire dans la technique antérieu- 3.386 MJ / h which was necessary in the prior art.
re, et on réalise de ce fait une économie de puissance de 473 MJ/h, D e p 1 u s, vu qu'une puissance de 586 MJ/h peut être récupérée par la turbine de détente 67, la puissance correspondante peut être économisée pour entraîner le compresseur 28, et l'on peut réaliser pour l'entraiuement du compresseur 28 une économie totale de puissance de 1.059 MJ/h, q u i e s t é g a 1 e à environ 31% de la puissance nécessaire pour entraeUer re, and thus achieves a power saving of 473 MJ / h, D ep 1 us, since a power of 586 MJ / h can be recovered by the expansion turbine 67, the corresponding power can be saved for to drive the compressor 28, and a total power saving of 1.059 MJ / h can be achieved for the drive of the compressor 28, which is equal to about 31% of the power required to drive
le compresseur.the compressor.
On se reportera à présent à la fig.5, qui représente une quatrième forme de réalisation de l'invention. Lea éléments constitutifs qui y sont identiques à ceux de la troisième forme de réalisation portent les moaso repères numériques, et on ne décrira ci-après que les parties de l'appareil qui diffèrent de celles de la troisième forme Reference is now made to FIG. 5, which represents a fourth embodiment of the invention. The constituent elements which are identical to those of the third embodiment bear the moaso numerical references, and only the parts of the apparatus which differ from those of the third form will be described below.
de réalisation.of realization.
La conduite de sortie d'oxygène 57 de cette forme de réalisation est dépourvue de la pompe d'aepiration 32 et du moteur 31 entrainant celle-ci qui sont prévus dans la troisième forme de réalisation. Une conduite de retour d'azote 69 part de la conduite d'évacuation d'azote 68 et, The oxygen outlet line 57 of this embodiment is devoid of the suction pump 32 and the motor 31 driving it which are provided in the third embodiment. A nitrogen return line 69 starts from the nitrogen discharge line 68 and,
du côté des tours d'adsorption 1 et 2 auquel sont respec- on the side of the adsorption towers 1 and 2 to which
tivement associées les conduites de sortie 53 et 55 sont the associated outlet pipes 53 and 55 are
également prévues des conduites d'e m-nee d'azote respecti- also provided for the nitrogen e-pipes respectively.
ves 71 et 75 qui partent de la conduite de retou? d'azote 71 and 75 from the driving back? nitrogen
69 et sont mumied de vanne respetiGves ?7 et 72. 69 and are respective valve mumied 7 and 72.
La différence entre cette forme de réaliaation-ci et la troisièm; folue de réalisation r.e.cer...e te 1i'_%ea- tion de dssowto-n sou s esion CdUiten e. re. a donc ici. lae dispositioîus dt!a fd.e e,5 iou l -.' 2o0ct de catte difx2rencz. Perdn' q e epea&t; dt atpin sst en CGUrns den lt tGr..O 2.- les The difference between this form of reality and the third; folue of realization r.e.cer ... e te'i% - tion of dssowto-n sou s sion CdUiten e. re. so here. the provision of the f or e, 5 or 2o0ct catte difx2rencz. Perdn 'q e epea &t; dt atpin sst in CGUrns den lt tGr..O 2.-
1ci\ vA--,r..ts I3 25 r.'c- em,..e- e e le va aes 2',- ## EQU1 ## where ## EQU1 ##
17,;6 et ?92,. -awue 15 étant seUle mitenue e ee pou aLssu 2., _rT cuaon de 1 de d.e la tc= d'adeO.pj-ion 1 ? 17,; 6 and? 92 ,. -While 15 being fitted for 2, then 1 of 1 dc the adeO.pj-ion 1?
d'air 16 e-a aie - ". ...air 16 e-a aie - ". ...
aizi iesceudxe- i. tl'u- 'h ' C 2t pX*t 4es X-Ui.i- d l'gent- 4O'QXi- par la aizi iesceudxe- i. The use of the 4O'QXi by the
2:rb14to d'é sec.uatiLs o''.3 2<- f -' ff 8;34i<0 7J ^- 2: rb14to of sec.uatiLs o '' 3 2 <- f - 'ff 8; 34i <0 7J ^ -
2Ä) oe te. IUY P IRante IJw xx-nv r 3 pe 3 conduite 350 -a terminée, la 7ae lb eet:,?6m ei lae 17 esi; 79 3ri ite,.le g re-- ln!e ':x' Vtas ei E atê vacu -pear le. 17!G 1e- c teu: de ser{;e d'<' 2c5 xgè.e 52 -D...ue a-. 2Ä) oe te. IUY P IRante IJw xx-nv r 3 pe 3 conduct 350 -a completed, the 7ae lb eet:,? 6m ei lae 17 esi; 79 3ri y, the g reigns: x 'Vtas ei ea vacu -pear le. 17! G 1e-c teu: of ser y of <'2c5 xgè.e 52 -D ... ue a-.
.. ' dfescenie e pression zggni ' an s i 'e d adso: cio 2. Iorsqie cette pression e êe. u!;, e -.rel enz, pàt.ea;erminee, il a2 oiverture da ia ainne 72 a.2 f envoye? par la conduite de retour 69 et].e conduite deïaenée dlnsote 73 une partie-do -,jO tezote ousZ pres2msion reduite daesi le toura dead.so.ption 2, dans laqaelle de I _o-gene se dedc. 2e iassut adco..DTD: eant solis!'e-.Ce' de 1a diffé&lnce entre la,p'êe-sion r- 2. Pressure when this pressure is applied. u!;, e -.rel enz, pàt.ea; erminee, it opens in the ainne 72 a.2 f sent? by the return line 69 and the driving line of a part-doo, or the presession reduced in the toura dead.so.ption 2, in the region of the o-gene is dedc. 2nd meeting of the ad hoc meeting of the difference between the second meeting and the second meeting.
rielle dao-yne à lspondant A!a quanritéeoxygèene ad- dao-yne ratio to the amount of oxygen peroxygen
sorbée sur l'agent adsorbant et la pressio. partielle de sorbed on adsorbent and pressio. partial of
li'oxygusn con:tu dans l'azote evoey&. et, chasaé par l'a- The oxygen in the nitrogen evolved. and, chased by the
zote, l'oxygène d4sorbé est refoule de la toU d'adaoutiop u 2 par la vanne 17 et" les conduites de sortie 52 et 57 po7 In this case, the adsorbed oxygen is discharged from the inlet pipe 2 through the valve 17 and the outlet pipes 52 and 57 in.
&tre envoyé en un emplacement ou ume inestallat ion prédéter- be sent to a location or a pre-determined location
minés A la suite de ceci, il y a fermeture des vannes 17? et 72, et ouverture des vannes 25 et 36. De l'ouverture As a result of this, valves are closed? and 72, and opening valves 25 and 36. From the opening
des vannes 36 et 25 s'ensuit qu'une partie de l'azote cir- valves 36 and 25 then a part of the circulating nitrogen
culant dans la conduite de sortie d'azote 58 se trouve en- in the nitrogen outlet line 58 is located in
voyée dans la tour d'adsorption 2 par la conduite d'azote 59 et la conduite d'amenée d'azote 56, ce qui donne lieu in the adsorption tower 2 via the nitrogen pipe 59 and the nitrogen supply pipe 56, which gives rise to
à une élévation de la pression régnant dans la tour d'ad- a rise in pressure in the tower of ad-
sorption 2. L'a variante, on pourrait créer l'élévation de sorption 2. Alternatively, one could create the elevation of
pression dans la tour d'adsorption 2 par envoL d'air com- pressure in the adsorption tower 2 by envol
primé, à la place de l'azote, par la conduite d'air 29 et -la conduite d'amenée d'air 14 dans la tour d'adsorption 2 instead of nitrogen, the air line 29 and the air supply line 14 are fed into the adsorption tower 2
en ouvrant la vanne 13 tout en maintenant fermées les van- by opening the valve 13 while keeping the valves closed
nes 25 et 36.25 and 36.
Diverses modifications peuvent être apportées à cet- Various modifications may be made to this
te quatrième forme de réalisation et à celles qui seront décrites plus loin. Par exemple, on pourrait faire appel à un nombre quelconque de tours d'adsorption; la pompe d'aspiration 32 pourrait être accouplée à la turbine de the fourth embodiment and those to be described later. For example, any number of adsorption towers could be used; the suction pump 32 could be coupled to the turbine of
détente 67 au lieu de l'être au moteur 51. De plus, et se- relaxation 67 instead of being at the motor 51. Moreover, and se-
lon les conditions d'exploitation, on pourrait, à l'effet d'obtenir un meilleur bilan d'énergie au lieu de chercher à réduire la consommation relative d'énergie du compresseur In the operating conditions, it could be possible to obtain a better energy balance instead of seeking to reduce the relative energy consumption of the compressor.
28, réduire la charge de réfrigération, qui est relative- 28, to reduce the refrigeration load, which is
ment onéreuse, en faisant appel à un autre échangeur de chaleur, disposé soit à la place du groupe frigorifique 42, soit en aval de ce dernier, en envoyant une partie de l'azote que délivre la turbine de détente 67 à ce nouvel it is expensive to use another heat exchanger, arranged either in place of the refrigerating unit 42 or downstream from the latter, by sending a part of the nitrogen which the expansion turbine 67 delivers to this new unit.
échangeur de chaleur et en refroidissant l'air sous l'ac- heat exchanger and cooling the air under the
tion du froid véhiculé par l'azote. Par ailleurs, on pour- of nitrogen-mediated cold. Moreover, we
rait faire appel à un autre agent adsorbant, propre à other adsorbent agent, suitable for
assurer une séparation par adsorption de N2 ou une sépara- ensure separation by N2 adsorption or separation
tion par adsorption d'humidité, ou une séparation de mélan- moisture adsorption, or a separation of melange
ges gazeux autres que l'air.gaseous gases other than air.
On se reportera à présent à la fig.6, qui représente une cinquième forme de réalisation de l'invention. Les éléments constitutifs qui y sont identiques à ceux de la première forme de réalisation (Fig.2) sont désignés par Reference is now made to FIG. 6, which represents a fifth embodiment of the invention. The constituent elements which are identical to those of the first embodiment (FIG.
les m8mes repères numériques. De plus, dans la description the same numerical references. In addition, in the description
ci-après, on ne considérera que les parties de l'appareil qui diffèrent de celles de la première forme de réalisation, below, only those parts of the apparatus which differ from those of the first embodiment will be considered,
Dans cette forme de réalisation, la conduite princi- In this embodiment, the main driving
pale d'amenée d'air 29 est dépourvue du séparateur de vi- air intake blade 29 is devoid of the separator of vi-
dange 63 et du dessiccateur b4, mais un échangeur de cha- dange 63 and desiccator b4, but a heat exchanger
leur 62 y est inséré en amont du compresseur 28. Ea exploi- their 62 is inserted upstream of the compressor 28. Ea
tation, le mode opératoire de cette forme de réalisation est identique à celui de la première forme de réalisation A ceci près que l'azote froid qui s'échappe de la turbine In this embodiment, the procedure of this embodiment is identical to that of the first embodiment except that the cold nitrogen that escapes from the turbine
de détente 67 est dirigé par la conduite 65 dans l'échan- of relaxation 67 is led by line 65 in the exchange
geur de chaleur 62, o il refroidit l'air d'admission et heat 62, where it cools the intake air and
subit lui-même de ce fait une élévation de température a- itself undergoes a rise in temperature
vant d'être admis dans un équipement extérieur. before being admitted to outdoor equipment.
On va à présent décrire des exemples pratiques d'ex- We will now describe practical examples of
périencea de séparation d'air en azote et-en oxygène par adsorption qui mettent en oeuvre cette cinquième forme de perencea of separation of air into nitrogen and oxygen by adsorption which implement this fifth form of
réalisation de la présente invention. embodiment of the present invention.
ExaeDle t On a opéré un essai de séparation d'air en faisant appel à un appareil qui comportait une soupape régulatrice de pression montée à la place de la turbine de détente 67 et un groupe frigorifique monté à la place de l'échangeur EXAMPLES An air separation test was carried out using an apparatus which included a pressure regulator valve mounted in place of the expander turbine 67 and a refrigeration unit mounted in place of the exchanger.
de chaleur 61.heat 61.
Les tours d'adsorption 1 et 2 avaient reçu une char- Adsorption towers 1 and 2 had received a
ge de 30 kg de zéolite de type Fe-K-Na-A à diamètre de 30 kg of Fe-K-Na-A type zeolite with a diameter of
grain8 d'environ 1 mm.grain8 of about 1 mm.
De l'air sec à 259C et sous 10 5Sa était porté par le compresseur 28 à une pression de 6,5.10 5Pa. Imnediatement après la compression, l'air comprimé était refroidi Juaqu'à environ 25 0, puis envoyé à la tour d'adsorption 1 sous un Dry air at 25 ° C and 10 ° S was carried by compressor 28 at a pressure of 6.5 × 10 5 Pa. Immediately after compression, the compressed air was cooled to about 25 ° C and then sent to adsorption tower 1
débit de 10 m3/h pour donner lieu à une adsorption d'oqgè- flow rate of 10 m3 / h to give an adsorption of Oqgè-
ne par la zéolite de type Fe-K-Na-A. La pression régnant à ce moment dans la tour d'adsorption 1 était d'environ by Fe-K-Na-A type zeolite. The pressure prevailing at this time in the adsorption tower 1 was about
6.10 Pa. La trod'adsorption 1 délivrait de l'azote à ccncen- 6.10 Pa. The trodadsorption 1 delivered nitrogen at the same time.
tration en 02 de 1% au plus, sous un débit de 5,6 m3/h. 02 at most 1% at a flow rate of 5.6 m3 / h.
De la tour d'adsorption 2, dans laquelle une opération Adsorption tower 2, in which an operation
de dasorption était en cours d'exécution, sortait de l'oxy- dasorption was running, was coming out of the oxy-
gène A concentration en 02 de 7te; dont le débit était de 2,0 m3/h, et la pression fiiale dans la tour d'adsorption A gene concentration in 02 of 7te; whose flow rate was 2.0 m3 / h, and the ultimate pressure in the adsorption tower
2 était réduite à 0,2.10 5Pa.2 was reduced to 0.2.10 5Pa.
Dans cette expérience, on a étudié la séparation de In this experiment, we studied the separation of
l'air par adsorption en faisant appel à un appareil à é- air by adsorption using a
cholle reduite dans lequel l'air comprimé était envoyé sous un débit de 10 mi/h et, en raison de la valeur si faible des débits de sortie des gaz dans ce cas, il n'était pas possible de faire fonctionier la turbine de détente 67. Toutefois, m me lorsque le dimensionnimement de l'appareil est porté A une échelle telle que le débit de délivrance de l'air comprimé envoyé à la tour d'adsorption 1 puisse reduced chlorine in which the compressed air was sent at a flow rate of 10 mph and, because of the low value of the gas flow rates in this case, it was not possible to operate the expansion turbine 67. However, even when the dimensionnment of the apparatus is carried on a scale such that the delivery rate of the compressed air sent to the adsorption tower 1 can
s'élever à 10 000 mi/h afin qu'il devienne possible d'en- rise to 10,000 mph so that it becomes possible to
traîner la turbine de détente b7, une exploitation de l'ap- drag the expansion turbine b7, an exploitation of
pareil Selon le mBme mode que dans l'exumple d'expérience ci-dessus décrit conduit aux conditions d'obtention de N2 et de 02 suivantes: Le gaz délivré pendant l'opération d'adsorption est de l'azote à concentration en 0-) de 1% au plus qui est According to the same mode as in the example of the experiment described above leads to the following conditions for obtaining N 2 and O 2: The gas delivered during the adsorption operation is nitrogen at a concentration of 0.degree. ) of not more than 1%
fourni sous un débit de 5600 m.'/h, et le gaz délivré pen- supplied at a flow rate of 5600 m 2 / h, and the gas delivered during
dant l'opération de désorption est de l'oxygène à concen- the desorption process is concentrated oxygen.
tration en 02 de 78%, dont le débit est de 2000 m3/h. In 02, 78% flow rate is 2000 m3 / h.
On va à présent calculer lea quantités de chaleur intervenant dans les différeots dispositifs de l'appareil We will now calculate the amount of heat involved in the different devices of the device
* lorsqu'il sagit de traiter de l'air comprimé sous un dé-* when it comes to treating compressed air under a
bit de 10 000 m'/h. Dans cet exemple, bien que les enthal- bit of 10,000 m '/ h. In this example, although the enthal-
pies de l'air, de l'azote et de l'oxygène soient un tant soit peu différentes les unes des autres, on effectuera les calculs en faisant comme si elles étaient égales entre the air, nitrogen and oxygen are a little different from each other, we will perform the calculations as if they were equal between
elles, ceci dans un but de simplification. they, this for the sake of simplification.
La différence d'enthalpie introduite lorsque de l' air sec A 259C et sous 105Pa a eté portée à 6,5.105Pa par compression adiabatique au moyen du compresseur 28 est de The difference in enthalpy introduced when dry air at 259C and 105Pa was increased to 6.5.105Pa by adiabatic compression using compressor 28 is
209 kJ/kg, d'o s'ensuit que si l'on suppose que le ren- 209 kJ / kg, from which follows that if we assume that
dement du compresseur 28 est de 80%', la puissance néces- the compressor 28 is 80%, the power required
saire pour traiter de l'air sec sous un débit de 10 OO'3/n (12,95 x 10' kg/h) a pour valeur: to treat dry air at a rate of 10 OO'3 / n (12.95 x 10 'kg / h) has the value:
209 kJ/kg x 12,95 x 105 kg/h / O,b - 3.386 MJ/h. Dans le cas o l'azote à 25uc et sous 6,105Pa qui est fourni par la tour 209 kJ / kg x 12.95 x 105 kg / h / O, b - 3.386 MJ / h. In the case where the 25uc nitrogen and 6,105Pa nitrogen that is supplied by the tower
d'adsorption 1 effectuant une opération d'adsorption a été soumis dans la turbine de détente 63 à adsorption unit 1 carrying out an adsorption operation was subjected in the expansion turbine 63 to
une détente adiabatique qui en ramène la pression A 1,2. an adiabatic relaxation which reduces the pressure to 1.2.
Pa,la différence d'enthalpie obtenue est de 109 kJ/kg, et il aeneuit qaue asl l'on suppose que la rendemnent de la turbine de détente 63 st de 80%, la puissance obtenue par traitemant d'un débit deazote de 0 m3/h (7,0 x 103 kh) a pour valeur: 109 J/kg x ?70 x 103 kg/h x 0,8 = 611 MJ/h. L'azote à 25 C provenant de la tou- d'adaoption 1 Pa, the enthalpy difference obtained is 109 kJ / kg, and it is assumed that the efficiency of the expansion turbine 63 is 80%, the power obtained by treating a nitrogen flow of 0%. m3 / h (7.0 x 103 kh) has the value: 109 J / kg x 70 x 103 kg / hx 0.8 = 611 MJ / h. Nitrogen at 25 ° C from all adaoption 1
4Aètr: -tu tant qu'agont de refho:idissent - 4Aret: -as long as refho: idis -
gour d.e &h&le'61, danz O3qut 5 I 8- _ctS e eot oonisf A tohe;ge ẻ thaleur wses C--' icomré'x;_ f.t fuIjeau D & E61, D8 O & R, 5, O & R, 5, 8, 8, 8, 8, 8, 8, 8, 8, 8, 8, 8, 8, 8, 7, 8, 8, 8, 8, 8, 8, 8, 8, 8, 8, 8, 8, 7, 8, 8, 8
à 5501t:t i'aLct>e pénotse ansuite cane le turbn.e de ié- at 5501t: tl'aLct> e penotse ansuite cane the turbn.e of ié-
t eta d7. L f fiif6roenc e d' erIt. JD el obteK':le liowQUC de ita-- t eta d7. The success of erIt. JD el obteK ': the liowQUC of ita--
3zots & 355e,. Q,10 ra été Fomsdn1alturbl de 3zots & 355th ,. Q, 10 was Fomsdn1alturbl of
d6tete 67 S 'e dte.nte sdtabatic.l e q& cn ramène la prea- Title 67 Disagreement and the return of the prea-
aien k c -- î /.. e.t:. sirnsd.t que a -P tpose e m-e: d.-teUt2 es0t 113 kJf)/"jQ r O,Ev sritw) ?T/9,j1s La qu wLt"''-_cdnhl ir obten e détrt f. ' a. It should be noted that: -P poses e-e: d.-teUt2 es0t 113 kJf) / "jQr O, Ev tritw)? T / 9, js The result is that it will be lost. '
demtent-e aiiat io, d i dsortç oUe 'E b-.0papo a cg m- M atio ns, o ff ort o
i E"1 con u-à ene.,g.-l bise S' oeue do t i t&ai-, 2 d hltau6? rlaaue sdont 02 f Lo ten ubeaon en4 i 1) v, F:,1;2;t g. D Sr-;>aiX5ú9-g--"r94Et; IS,.Tr 2s<:; e;a@dú<v4t 18 k / -'-, With the aid of the above, it is possible to use the following methods: (a) and (2). D Sr -;> aiX5u9-g - "r94Et; IS, .Tr 2s <:; e; a @ dú <v4t 18 k / -'-,
h'e t' i #rîu0 e d.980 3_.,.i bi/h. 'a- e Ju dI d l t %nte.u- It is possible to see the data in the table below. e-Ju dI d l t% nte.u-
a&i e aiXîéroe ar nalpi d eM o btet ueae Porsom delai ff sec t -lcYC et sous; 104iPa a et-ée pRoetce A,5l PDdi102 p-ar^ C9 p"susioa Q4diabtiquegrla,est; de 134 kJ/lrw d'o, e5óec}e.iai qun si l'o uat6ppose %tlCe le rendLenunt 2dt C DDegz7asGb2? is- f2 p @ 43m3k poe16)g53T cenlreszsur 28s al "9ocF_ ralôur: a & lntermedi ary of the M o btet ueae Porsom delai ff sec t -lcYC et sous; 104iPa was found to be of 134 kJ / lrw of o, e5óec} eia if the o% udose% tlCe makes it 2dt C DDegz7asGb2? is- f2 p @ 43m3k poe16) g53T cenlreszsur 28s al 9ocF_ ralôur:
4184 ka/kg x 12,.9'5 z 3 9 g/h / 0,/ 8 2h90 MJ/h. 4184 ka / kg x 12, 9.5 x 39 g / hr / hr, 2.90 MJ / hr.
IL conséquence, gr9cb à la mise on oeuvre de lié- As a result, the implementation of
chanseur da chaleur 62ú, la puissance dont on a besoin n'est que de 2, 9830 tAU/h, a u lieu de la puissance.de 3.386 MJ/h qai était xnécessaire dans la teonique antérieure, et on réalise de ce fait une économie de At 62u, the power needed is only 9830 tau / h, instead of the power of 3.386 MJ / h, which was needed in the earlier tense, and thus saves money. of
puissance de 406 MJ/h. De plus, on peut faire récu- power of 406 MJ / h. Moreover, we can make
pérer une puissance de 63 MJ/h à la turbine de dé- power of 63 MJ / h at the turbine of
tente 67, d'o s'ensuit que la puissance à fournir au com- tent 67, from which follows that the power to be supplied to the com-
presseur 28 peut être réduite de la quantité correspondante et que l'on peut réaliser une économie totale de puissance de 469 MJ/h, q u i é q u i v a u t à e n v i r o n Presser 28 can be reduced by the corresponding amount and a total power saving of 469 MJ / h can be achieved.
31% de la puissance nécessaire pour entraîner le compres- 31% of the power needed to train the compres-
seur 28.28.
Comme l'air sec avant compression subit un abaisse- As the dry air before compression is lowered
ment de température par échange de chaleur avec l'azote à basse température quittant la turbine de détente 67, et temperature by heat exchange with the low temperature nitrogen leaving the expansion turbine 67, and
que l'air comprimé subit également un abaissement de tempé- compressed air also undergoes a lowering
rature par échange de chaleur avec l'azote sortant de la tour d'adsorption 1, il devient possible de réduire la charge de refroidissement du refroidisseur secondaire 60, by heat exchange with the nitrogen leaving the adsorption tower 1, it becomes possible to reduce the cooling load of the secondary cooler 60,
du groupe frigorifique 41' et organes similaires. refrigerating unit 41 'and similar members.
ExemDle 2 On a opéré un essai de séparation d'air en se servant EXAMPLE 2 An air separation test was carried out using
d'un appareil dans lequel une soupape régulatrice de preos- of an apparatus in which a preemptive regulating valve
sion était montée à la place de la turbine de détente 67 sion was mounted in place of the expansion turbine 67
de l'appareil représenté par la fig.b, et o on avait éga- of the apparatus represented by fig.b, and where
lement remplacé l'échangeur dé chaleur 61 par un groupe frigorifique. Les tours d'adsorption 1 et;' avaient reçu une charge de 20 kg d'une zéolite de type Fe-Na-A à grosseur de graine The heat exchanger 61 is replaced by a refrigeration unit. Adsorption towers 1 and; had been loaded with 20 kg of seed-type Fe-Na-A zeolite
d'environ 1 ma.about 1 my.
De l'air sec à 25'C et sous 105Pa était porté par le compresseur 28 à une pression de 6,5.105Pa. Immédiatement après la compression, l'air comprimé était refroidi Juequ'A environ O C, puis envoyé à la tour d'adsorption 1 sous un Dry air at 25 ° C and 105Pa was carried by compressor 28 at a pressure of 6.5.105Pa. Immediately after compression, the compressed air was cooled to about 0 ° C, and then sent to adsorption tower 1 under a
débit de 10 mJ/h pour donner lieu a une adsorption d'oiygè- flow rate of 10 mJ / h to give an adsorption of oily
ne par la z&olite de type le-Na-A. La pression régnant-A ce moment dans la tour d'adsorption 1 était d'environ 6.10 Pz A 1 a sortie de la tour d'adsorption 1, on obtenait un débit de 5,b mS/h d'azote à concentration en 02 de 1% not by za olite of the type Na-A. The pressure prevailing at this time in the adsorption tower 1 was about 6.10 Pz at the outlet of the adsorption tower 1, a flow rate of 5, b mS / h of nitrogen at O 2 concentration was obtained. from 1%
au plus.at most.
A la sortie de la tour d'adsorption ', dans laquelle était en cours une opération de désorption, on obtenait un débit de 2 ml/h d'oxygène à concentration en 02 de 81%, et la pression finale régnant dans la tour d'adsorption 2 était réduite à 0,2.105Pa, Dans cette expérience, on a étudié la séparation de l'air par adsorption en se servant d'un appareil à échelle réduite dans lequel l'air comprimé était envoyé sous un débit de 10 m3/h et, en raison de la valeur si faible des At the outlet of the adsorption tower, in which a desorption operation was in progress, a flow rate of 2 ml / h of oxygen at an O concentration of 81% was obtained, and the final pressure prevailing in the tower was The adsorption 2 was reduced to 0.2 × 10 5 Pa. In this experiment, adsorption air separation was investigated using a reduced-scale apparatus in which compressed air was delivered at a flow rate of 10 m 3. / h and, because of the low value of
débits de sortie des gaz dans ce cas, il n'était pas possi- In this case, it was not possible to
ble d'actionner la turbine de détente 67. Par contre, méme lorsque le dimensionnement de l'appareil est porté A une échelle telle que le débit de délivrance de l'air comprimé envoyé à la tour d'adaorption 1 puisse s'élever à 10 O000m/h However, even when the dimensioning of the apparatus is carried on a scale such that the delivery rate of the compressed air sent to the adaorption tower 1 can be as high as 10 O000m / h
afin qu'il devienne possible d'actionner la turbine de dé- so that it becomes possible to operate the turbine of
tente 67, une exploitation de l'appareil selon le même mode que dans l'exemple d'expérience ci-dessus décrit conduit aux conditions d'obtention de E2 et de 02 suivantes: Le gaz délivré pendant l'opération d'adsorption est In Example 67, an operation of the apparatus in the same mode as in the example of experiment described above leads to the following conditions for obtaining E2 and O2: The gas delivered during the adsorption operation is
de l'azote à concentration en 02 de 1% au plus qui est four- nitrogen at 02 concentration of not more than 1% which is
ni aous un débit de 5W00 m /h, et le gaz délivré pendant l'opération de désorption est de l'oxygéne A concentration en 02 de 81'i dont le débit est de 2000 mS/ho On va à présent calculer les quantités de chaleur intervenant dans les différents dispositifs de l'appareil lorsqu'il s'agit de traiter de l'air comprimé sous un.débit de 10 000 n3/h. Dans cet exemple, bien que les enthalpies de l'air, de l'oxygône et de l'azote soient un tant soit or at a flow rate of 5W00 m / h, and the gas delivered during the desorption operation is oxygin A 02 concentration of 81'i whose flow rate is 2000 mS / ho We will now calculate the quantities of heat involved in the various devices of the device when it comes to treat compressed air under a flow rate of 10,000 n3 / h. In this example, although the enthalpies of air, oxygen, and nitrogen are one
peu différentes les unes da autres, on eflectuera les cal- little different from each other, we will carry out
cula en faisant comme si elles ôtaient égales entre elles, Cultivated by acting as if they removed each other equally,
ceci dans un but de simplification.this for the sake of simplification.
La différence d'enthalpie obtenue lorsque de l'air The enthalpy difference obtained when air
sec à 25 C et sous lO5Pa a été portée à U,5.105Pa par com- dry at 25 ° C. and under 10 ° Pa was brought to U, 5.105 Pa by
pression adiabatique au moyen du compresseur 28 est de adiabatic pressure by means of the compressor 28 is to
209 kJ/kg, d'o s'ensuit que si l'on suppose que le rende- 209 kJ / kg, from which follows that if we assume that the return
ment ducompresseur 25 est de tiao, la puissance nécessaire pour traiter l'air sec sous wi débit de 10 000 mn/h a pour valeur: Compressor 25 is de tiao, the power required to treat dry air under a flow rate of 10,000 min / h has the value:
209 kJ/kg x 1'2,'95 x 0l kg/L / 0,8 - 3.386 MJ/h. 209 kJ / kg x 12, 95 x 100 kg / L / 0.8 - 3.386 MJ / hr.
Dans le cas o.'azlote I Uc et sous t.105Pa qui est délivré par la tour d'adsorption 1 effectuant une opàration d'adsorption a été soumis da'ns 1a turbine de détente 67 à Ad29 249711 une détente adiabatique qui en ramène la pression à 1,2.105Pa, 1 a différence d'entnalpie obtenue est de 100 kJ/kg, et il s'ensuit que ai l'on suppose que le rendement de la turbine de détente b7 est de 50%, la puissance obtenue par traitement d'un débit d'azote de 5800 mS/h a pour valeur: In the case where the nitrogen atom IUc and t.105Pa which is delivered by the adsorption tower 1 carrying out an adsorption operation has been subjected in the expansion turbine 67 to Ad29 249711 an adiabatic expansion which brings it back the pressure at 1.2 × 10 5 Pa, 1 difference of entnalpie obtained is 100 kJ / kg, and it follows that it has been assumed that the efficiency of the expansion turbine b7 is 50%, the power obtained by treatment of a nitrogen flow of 5800 mS / ha for value:
kJ/kg x 7,3 x 103 kg/h x 0,8 3 586 MJ/h. kJ / kg x 7.3 x 103 kg / hr x 0.83 586 MJ / hr.
L'azote à 0uC qui est délivré par la tour d'adsorp- The nitrogen at 0uC that is delivered by the adsorption tower
tion 1 pénètre en tanrt qu'agent de refroidissement dans l'échangeur de chaleur bl, dans lequel l'azote subit un échange de chaleur avec l'air sec comprimé et se trouve 1 penetrates as cooling agent in the heat exchanger b1, in which the nitrogen undergoes heat exchange with compressed dry air and is
échauffé jusqu'à H5uC, puis pénètre dans la turbine de dé- heated up to H5uC, then enters the turbine of
tente 67.tent 67.
La différence t'enthalpie obtenue lorsque de l'azote The difference you get when you get nitrogen
sous 6.105Pa a été ramenée à 1,2.10 5Pa par détente adiabati- under 6.105Pa was reduced to 1.2.10 5Pa by adiabatic expansion.
que dans la turbine de tbnte -)b7 est de 109 kJ/kg, d'o that in the turbine of tbnte -) b7 is 109 kJ / kg, o
s'ensuit que ai l'on suppose que le rendement de la turbi- as a result, it is assumed that the efficiency of the turbines
ne de détente 67 est de ovi, la puissance récupérée par la turbine de détente u7 a pour valeur: no detente 67 is of ovi, the power recovered by the expansion turbine u7 has the value:
109 kJ/kg x 7,5 X 105 kg/h x 0,8 - 636 MJ/h. 109 kJ / kg x 7.5 X 105 kg / h x 0.8 - 636 MJ / h.
L'azote gazeux qui quitte la turbine de détente 67 voit sa température'descendre de j55C a environ -54 C par détente adiabetique, de sorte que ai l'on suppose que cet azote froid est envoyé en tant qu'agent de refroidissement & l'échangeur de chaleur b2 et qu'il ressort de ce dernier a 0 0, on voit que l'on peut faire subir à la température The gaseous nitrogen leaving the expansion turbine 67 has a temperature drop of about 55.degree. C. to about -54.degree. C. by adiabetic expansion, so that it is supposed that this cold nitrogen is sent as cooling agent. heat exchanger b2 and that it emerges from the latter to 0 0, we see that we can make the temperature
de l'air comprimé ayant péniétrà dans l'échangeur de cha- compressed air having entered the heat exchanger
leur 62 un abaissement de ku"C, si bien que l'air sec qui sort de l'échangeur de chaleur 62 avant compression est à their 62 a lowering of ku "C, so that the dry air exiting the heat exchanger 62 before compression is at
une température de -1 C.a temperature of -1 C.
La différence d'enthalpie obtenue lorsque l'air sec The enthalpy difference obtained when dry air
à -110 et sous 105Pa a été portée à 6,5.105pa par compres- at -110 and under 105Pa was raised to 6.5.105pa by compres-
sion adiabatique est de -184 kJ/kg, d'o s'ensuit que.i l'on suppose que le rendement du compresseur 28 est de 80%, adiabatic pressure is -184 kJ / kg, from which it follows that it is assumed that the efficiency of the compressor 28 is 80%,
la puissance nécessaire pour le compresseur 28 a pour va- the power required for the compressor 28 is
leur:their:
184 kJ/kg x 12,95 x 105 kg/h / 0,8 = 2.980 MJ/h. 184 kJ / kg x 12.95 x 105 kg / h / 0.8 = 2.980 MJ / h.
En conséquence, grâce à la mise en oeuvre de 1'é- Consequently, thanks to the implementation of
changeur de chaleur 02, la puissance demandée par le com- heat exchanger 02, the power demanded by the com-
presseur n'est que de 2.980 MJ/h, a u lieu de la puiasance de 3.386 MJ/h qui éetait n&cesSaire dans la technaique antérieure, et on r&alis e de fait une économie de puissance de 406 MJ/h D e plus, on peut faire récupérer une puissance de 636 MJ/ha la turLbine de détente 67, d'o s'ensuit qu'une puisiance correspondan- te peut être économisée et que l'on peut réaliaer une éco a.omî t5oala d'énergio de 1i042 MJ/h, laquelle équivaut à environ.51'%, de la pusaze demand;e pressure is only 2,980 MJ / h, instead of the puiasance of 3,386 MJ / h which was nsessaire in the previous technaique, and one realizes in fact a power saving of 406 MJ / h D more, one can to recover a power of 636 MJ / ha of the expansion turbine 67, from which follows that a corresponding capacity can be saved and that it is possible to realize an energy saving eco-energy of 1.042 MJ. / h, which equals approximately 51%, of the pusaze requested
par le compresseur 23.by the compressor 23.
1io I qi[oe 13ai_ isc noni encore comprime a7bit un abais- If I have not yet compressed a rate
eement d prp uti.45e Dar échange thaermiuae avG l'az&ie à basas temoorature quittant la t-lDrbine de détente 63 't; qiâ' n plue lI'air cGompton8 siubit lui euSi tS: aà isem-en d' te3el;â>g1;i râe hratu-zre. heyCrmiqu a., qui 5 or u i; de 1 la tou d*euso' io I il devi3rlt galemnt passlbls de réduir/e la chere dde seeridi.- dfoid v m in the case of the exchange between Thailand and the Basin at the time of leaving the rebound 63 't; The greater air of the United States has, in fact, served him better than any other country in the world. heyCrmiqu a., which 5 or u i; In addition, they should also be used to reduce the cost of living.
co.daele 60, du grope frigorifioue g2 et orgean s silmi- co.daele 60, the refrigerated grope g2 and orgean s silmi-
rein. 5 ae reportere i pr&eu-t à la -?îg.7. qui représente kidney. 5 to report to the following table. which represents
une i 'e de réaistion de iUnVentiî Lns L _1i- a re-enactment of a citizen
ment.a ontituis quJi y sont hcmolo:is dae dcec de la deuxième foime de ré galLat ion (.L )3) î son': dési&éa p have been satisfied that they are in favor of the second round of review (.l) 3).
le8 mâMeâ Zep-.S nuinri1quies, et dens la d'rsrîptiin ci- in the mammalian group, and in the above-mentioned form of
après, cn oe -uneid&rera que les patlo d l'eappereil qui different de celleas de la deuxième foame dre réalisation After that, it will be clear that the patches of the device that differ from those of the second foame dre achievement
Dans cette iorme de réaliseation la conduite princi- In this iorme of realization, the main conduct
pale d'amene d'air 29 est d&pourvue du sparateur de vi- air intake blade 29 is provided with the sparator of
dange 6 et du dessiccateur b4, maiB il lui est adjoint u, cangeeur de chaleur 62 insàré n smont du compresseur 28. Rn fonctiornnement, le mode opératoire de cette forme de régliaation est identique à celui de la deuxième forme Dange 6 and the dryer b4, MayB it is adjoint u, heat sink 62 insàré n n smont the compressor 28. Rn functiornnement, the operating mode of this form of régiation is identical to that of the second form
de réeis&tion, a ceci près que l'azote froid qui s'ôchap- only with the cold nitrogen that escapes from the
pi de la turbine du détente U7 est dirig6& par emprunt de ft. of the U7 expansion turbine is directed by borrowing
la conduite 65, danlu 1' éilchanguur de chaleulr 62, o il re- pipe 65, in the heat exchanger 62, where it is
froidit l'air d'admission et subit lui-même de ce fait chills the intake air and thereby undergoes itself
une élévation de température avant de poursuivre son tra- a rise in temperature before continuing his work.
jet à destination de l'équipement extérieur. jet to the outside equipment.
On se reportera à présent à la lig.8, qui représente une septième forme de réalisation de l'invention. Les éléments constitutifs qui y sont homologues de ceux de la première forme de réalisation (figure 2) sont désignés Reference is now made to FIG. 8, which shows a seventh embodiment of the invention. The constituent elements which are homologous to those of the first embodiment (FIG. 2) are designated
par les mêmes repères numériques et, dans la description by the same numerical references and, in the description
ci-après, on ne considérera que les parties de l'appareil qui diffèrent de celles de la première forme de réalisa- tion. Hereinafter, only parts of the apparatus which differ from those of the first embodiment will be considered.
Dans cette forme de réalisation, la conduite princi- In this embodiment, the main driving
pale d'amenée d'air 29 est dépourvue du séparateur de vidange 63 et du dessiccatour 64, mais il lui est adjoint air intake blade 29 is devoid of drain separator 63 and dessiccatour 64, but it is deputy
un échangeur de chaleur inséré en amont du compresseur 28. a heat exchanger inserted upstream of the compressor 28.
Au lieu de se raccorder à l'échangeur de chaleur aval 61, Instead of connecting to the downstream heat exchanger 61,
la conduite de sortie d'azote 58 se raccorde ici à l'é- the nitrogen outlet pipe 58 is connected here to the
changeur de chaleur amont u2. 1Un outre, la conduite 65 raccorde à présent la sortie de l'échangeur de chaleur 62 à l'admission de la turbine de détente 67, tandis que l'échappement de cette turbine est envoyé par la conduite upstream heat exchanger u2. In addition, the pipe 65 now connects the outlet of the heat exchanger 62 to the inlet of the expansion turbine 67, while the exhaust of this turbine is sent by the pipe
66 à l'échangeur de chaleur aval 61. 66 to the downstream heat exchanger 61.
En fonctionnement, le mode opératoire de cette forme de réalisation est identique a celui de la première forme de réalisation, à ceci près que l'azote froid provenant In operation, the procedure of this embodiment is identical to that of the first embodiment, except that the cold nitrogen from
de la conduite de sortie 58 est échauffé par l'air d'ad- the outlet pipe 58 is heated by the air of ad-
mission dans l'échangeur de chaleur amont 62 avant d'être détendu et de nouveau refroidi dans la turbine 67. Il est mission in the upstream heat exchanger 62 before being relaxed and cooled again in the turbine 67. It is
ensuite envoyé par la conduite 65 à l'échangeur de cha- then sent via line 65 to the heat exchanger
leur aval 61, o il refroidit l'air d'admission tout en subiasant luimême une nouvelle élévation de température avant de poursuivre son trajet à destination d'autres their downstream 61, where it cools the intake air while itself undergoing a new rise in temperature before continuing its journey to other
équipements extérieurs.outdoor equipment.
ExempleExample
On a effectué un essai de séparation d'air en se servant d'un appareil comportant une soupape régulatrice de pression montée à la place de la turbine de détente 67 et un groupé frigorifique monté à la place de l'échangeur An air separation test was carried out using an apparatus having a pressure regulator valve mounted in place of the expander turbine 67 and a refrigeration unit mounted in place of the exchanger
de chaleur 61.heat 61.
"5 Les tours d'adsorption 1 et 2 avaient reçu une char- Adsorption towers 1 and 2 had received a
ge de 20 kg de zéolite de type Fe-Na-A à grosseur de grains d'environ I mm. De l'air sec à 25 C et sous 105pa était porté par le compresseur 28 à une pression d e 6,5.105Pa, La température immédiatement après compression L était de 230 0C. L'air cuniprbimé à environ;20 C était 20 kg of Fe-Na-A type zeolite with a grain size of about 1 mm. Dry air at 25 ° C. and 105 ° C. was carried by the compressor 28 at a pressure of 6.5 × 10 5 Pa. The temperature immediately after compression L was 230 ° C. The air at about 20 C was
refroidi jusqu'à environ U' C, puis envoy-é à la tour d'ad- cooled to about U 'C, then sent to the tower of
sorption 1 sous un débit de 10 mS/h pour donner lieu à sorption 1 at a flow rate of 10 mS / h to give rise to
une adsorption d'oxygène par La zéolite de type Ae-Na-A. oxygen adsorption by Ae-Na-A zeolite.
La pression régnant 'à ce moment dans la tour d'adsorption The prevailing pressure at this point in the adsorption tower
I était d'environ 6.10 5Pa.A la sortie de la tour d'ad- I was about 6.10 5Pa. At the exit of the tower of
sorption 1, on obtenait un débit de 2 mJ/h d'azote à concentration en 02 de 81;, et la pression finale dans sorption 1, a flow rate of 2 mJ / h of nitrogen at a concentration of O 2 of 81 was obtained, and the final pressure in
la tour d'adsorption 2 était réduite à 0,2.10 Pa. adsorption tower 2 was reduced to 0.2.10 Pa.
Dans cette expérience, on a étudié la séparation de l'air par adsorption en se servant d'un appareil à échelle réduite dans lequel l'air comprimé était envoyé sous un débit de 10 mS/h et, en raison de la faible.valeur du In this experiment, the separation of air by adsorption was studied using a reduced-scale apparatus in which compressed air was sent at a flow rate of 10 mS / h and, because of the low value. of
débit de sortie de gaz dans ce cas, il n'était pas possi- gas flow rate in this case, it was not possible
ble d'actionner la turbine de détente 67. Par contre, même lorsque le dimensionnement de l'appareil est porté à une échelle telle que le débit de délivrance de 1'air comprimé envoyé à la tour d'adsorption 1 puisse tre porté à 000 m3/h afin qu'il devienne possible d'actionner la turbine de détente b7, une exploitation de l'appareil However, even when the dimensioning of the apparatus is brought to a scale such that the rate of delivery of the compressed air sent to the adsorption tower 1 can be increased to 000. m3 / h so that it becomes possible to operate the expansion turbine b7, an operation of the device
selon le mSme mode que dans l'exemple d'expérience ci- according to the same mode as in the example of experience
dessus décrit conduit aux conditiono d'obtention d'azote et d'oxygène suivante: Le gaz délivré pendant l'opération d'adsorption est de le'azote à concentration en 02 de 1 %5 au plus qui est fourni sous un débit de 5800 m/h, et le gaz délivré pendant l'opération de dôsorption est de l'oxygène à DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The gas delivered during the adsorption process is nitrogen at a concentration of O 2 of at most 1% which is supplied at a flow rate of 5,800. m / h, and the gas delivered during the desorption operation is oxygen at
concentration en 02 de 81 ' dont le débit est de 2000 m3/h. 02 concentration of 81 'whose flow rate is 2000 m3 / h.
On va à présent calculer les quantités de chaleur échangées dans les différents dispositifs de l'appareil We will now calculate the amount of heat exchanged in the various devices of the device
lorsqu'il s'agit de traiter de l'air comprimé sous un dé- when it comes to treating compressed air under a
bit de 10 O00 m3/h. Dans cet exemple, bien que les en- bit of 10 000 m3 / h. In this example, although
thalpiea.de l'air, de l'oxygène et de l'azote soient un thalpiea.de air, oxygen and nitrogen are a
tant soit peu différentes les unes des autres, on effec- different from each other, we
tuera les calculs en faisant comme ai elles étaient égales will kill the calculations by doing as they were equal
metre elles, ceci dans un but de simplification. place them, this for the sake of simplification.
La différence d'enthalpie introduite lorsque de l'air sec à 25 0C et sous 105Pa a été porté à 6,5.o105Pa par empression adiabatique au moyen du compresseur 28 est de W 209 kJ./kg, d'o s'ensuit que si l'on suppose que le rendement du compresseur 2e est de 80 %, la puissance nécessaire pour traiter l'air sec sous un débit de 000 m3/h a pour valeur: 209 kJ/kg x 12, 95 x 105 kg/h / 0,8 - 3.386 MJ/h. La différence d'enthalpie introduite dans le c&s o The difference in enthalpy introduced when dry air at 25 ° C. and under 105 Pa was raised to 6.5 × 10 5 Pa by adiabatic pressure by means of the compressor 28 is W 209 kJ / kg, from which follows if it is assumed that the efficiency of the 2nd compressor is 80%, the power required to treat dry air at a rate of 000 m3 / ha for value: 209 kJ / kg x 12, 95 x 105 kg / h / 0.8 - 3.386 MJ / h. The difference of enthalpy introduced in the c & s o
l'azote à O9C et 6.105Pa qui est délivré par la tour d'ad- the nitrogen at O9C and 6.105Pa that is delivered by the tower of
aorption 1 effectuant une opération d'adsorption a été ramené à 1,2.105Pa par détente adiabatique dans la turbine de détente 67 est de 100 kJ/kg, d'o s'ensuit que si l'on suppose que le rendement de la turbine de détente 67 est de 80 %, la puissance obtenue par traitement d'un débit d'azote de 5800 m/h (7,3 x 105 kg/h) a pour valeur aorption 1 performing an adsorption operation was reduced to 1.2.105Pa by adiabatic expansion in the expansion turbine 67 is 100 kJ / kg, o o follows that if we assume that the turbine efficiency of relaxation is 80%, the power obtained by treatment of a nitrogen flow rate of 5800 m / h (7.3 x 105 kg / h) has the value
kJ/kg x 7: x 105 kg/h x 0,8 - 586 MJ/h. kJ / kg x 7: x 105 kg / h x 0.8 - 586 MJ / h.
L'azote qui est délivré par la tour d'adsorption 1 The nitrogen that is delivered by the adsorption tower 1
pénètre eu tant qu'agent de refroidissement dans l'échan- penetrates as a cooling agent into the sample
geur de chaleur 62, dans lequel l'azote Lait descendre à heat 62, in which the nitrogen milk goes down to
Q0 la température de l'air sec admis à 25 C avant com- Q0 the temperature of the dry air admitted to 25 C before com
pression, tandis que l'azote se trouve échauffé à 18 C et pénètre dans la t;,rbine de détente 67. Ainsi, la différence d'enthalpie obtenue lorsque l'air sec à 10'C et sous lO5Pa e été porté à b,5.105Pa par coepression adiabatique eat de 201 kJ/kg, d'o s'ensuit que ai l'on suppose que le rendement du compresseur ?8 est de 80%, la puissance nécessaire pour entrainer le compresaeur 28 a pour valeur; 201 kJ:/kg x 12,95 x 10> kg/h / 0,8 3.252 MJ/h, et la différence d'enthalpie introduite lorsque l'azote à 18 C et sous 6.105Pa a été ramené à 1,2.105Pa par détente adiabatique dans la turbine de détente 67 est ds pressure, while the nitrogen is heated to 18 C and enters the burner, 67 relaxation. Thus, the difference in enthalpy obtained when the air dry at 10'C and under lO5Pa was raised to b , 5.105 Pa by adiabatic coefficient is 201 kJ / kg, from which follows that it is assumed that the efficiency of the compressor 8 is 80%, the power required to drive the compressor 28 has value; 201 kJ: / kg x 12.95 x 10> kg / h / 0.8 3.252 MJ / h, and the difference in enthalpy introduced when the nitrogen at 18 C and under 6.105Pa was reduced to 1.2.105Pa by adiabatic expansion in the expansion turbine 67 is ds
109 kJ/kg, d'o s'ensuit que si] 'on suppose que le ren- 109 kJ / kg, from which follows that if it is assumed that the
dement de la turbine de détente 67 est de 80 %, la puis- the expansion turbine 67 is 80%, the
sance récupérée par la turbine de détente 67 a pour valeur: recovered by the expansion turbine 67 has the value:
109 kJ/kg x 1l,0 x 103 kg/h x 0,8 = 632 MJ/h. 109 kJ / kg × 11, 0 × 103 kg / h × 0.8 = 632 MJ / h.
Ea conséquence, gr ce à la mise en oeuvre de l'é- As a consequence, thanks to the implementation of the
changeur de chaleur 62, la puissance nécessaire pour le compresseur peut être réduite de 4 %, et la récupération de puissance par la turbine de détente 67 peut en outre ftre elle aussi augmentée d'environ 10 %. Ln d'autres tormea, ai l'on considère 1'économie globale de puissance, en contraste avec la puissance de 3,386 MJ/h a u i heat exchanger 62, the power required for the compressor can be reduced by 4%, and the power recovery by the expansion turbine 67 can also be increased by about 10%. In other cases, we have considered the overall power saving, in contrast with the power of 3,386 MJ / h at
6tait éceaaire dns la teckmicue anterieue, la puis- Was eceaary in the early teakmicue, the
ancO dont on a besoin se rédui.A à 3a252 MJ/h, c e qui conduit & une économie de puissance de 134 MJ/h. En outre, vu qu'une puissance de 636 MJ/h p e u t Atre récupôeo, cette puisance psOUt"G'l â.3... tre 4 fOmiaB, c; qui conduit à ure acenroL'-s- totale de, ?iLs $aacec 77 M - ' n u0 i- a ut g wrvaon 24 % de la conaor2aa-tiof;;otel ae p<V De plus, ai l'on sCaoo - a ozta qui at "eapga 2; ea ^ t;]bhe 4'la 4@ détente J? set ie.' tpar JLt&s; v tCti.aw" à 1xe u3IhperEture se -69oC, çA oe; Ct Uv5tep ervc. yé romxza v3gnt do ri m 2 4i& Valar 61 re.esor2t de ce dernier à O&C. l- at oeomp;r qû -pin' 1 écasux- $ ab;sa Rsm d;c;< tc -fnpérature d'e 39OC. ' --'à>ty'Cw VxtiZ U _2tt.-- (an:0 l 1t Lfeur pout don t itre uue.2 ae eve que f39', 4Le w ug 9@il 033 aJk0-wit esj de r1a2or@ par xeroi scï, l@ a r c primé kprra owprssstan à. C an ray.8 1,Cft rridiSGeUz aecondae. r ' ou. organe similaixesa Dt: olu3 lée:.. k temp4r Eature die lri e.t d i asso a -n e3 @ eon oasmible di 'côtl-ire ls caaagj dc,.. '31saasient q'2 nondoace xec! 'cbte ion ds __-,>ii ue, -ti dans The required amount is reduced to 3a252 MJ / h, which leads to a power saving of 134 MJ / h. In addition, since a power of 636 MJ / hr can be recovered, this power can be as much as $ 4 million, which leads to a total increase of $ 1 million. Aacec 77 M - n u0 i - a g wrvaon 24% of the conaor2aa-tiof ;; otel ae p <V In addition, we have sCaoo - a ozta that was "eapga 2; Do you want to relax? set ie. ' by JLt &s; v tCti.aw "at the beginning of the 69th century, this is the time of the year and the date of its return to O & C. l- at oeomp; r qu -pin '1 ecasux - $ ab; sa Rsm dcc <tc -filter temperature. - 'to' ty'Cw VxtiZ U _2tt .-- (year: 0 lt that f39 ', 4Le w ug 9 @ il 033 aJk0-wit esj de r1a2or @ by xeroi sci, the arc award winning kprra owprssstan to .Ca ray.8 1, Cft rridiSGeUz aecondae r' or 'similaixesa organ Dt: olu3 ls: .. k temp4r Eature die lri and di asso a -n e3 @ eon oasmible d 'co-lir ls the caaagj dc, ..' 31saasient q'2 nondoace xec! 's cbte ion ds __-,> ii ue, - ti in
On e.reportera à prént- oà la figsL 9, qui rpr38é- We will take a look at Fig. 9, which lists
mnte,uns buiwti-ne ú:.e Äe rie aisat f die l'!iention Ici encore, ieu arganea coastitutif ' 4. sort identiquet & ceuc de le douiime úor'ze de réalisatio. (fiógu 5) Bo'u déiqîés par lea reS s repSrea. nuériques et', dans la deacrip tion ci-02r8 on wi -on sidêrez;a q uo!es lrtiea de 1'apparei2. qui diffèrent de celles de la ui -me But here again, the following is the case: here again, this is the fourth element. It is the same thing as the one of the second year of realiza- tion. (fiógu 5) Bo'u deiqiés by the reS s reSrea. and, in the description above, it is important to note that the components of the apparatus. which differ from those of the ui -me
úúore de réaliszation.úúore de réaliszation.
Dans cette forme de réalisation, la conduits princi- In this embodiment, the main conduit
pale d'amenée d'air 29 est d ouvu du sparaterr de vida*e 6.5 et diu dessiecat eu 4, 4 mais il lui eat adjoint un échangeur de chaleur b' inséré en amont du compresseur 28. Au lieu d'ètre raccordé. léchanpeur de chaleur The air inlet blade 29 is opened from the vacuum chamber 6.5 and the duct section 4, 4 but it is associated with a heat exchanger b 'inserted upstream of the compressor 28. Instead of being connected. heat exchanger
249711'249711 '
aval 61, la conduite de sortie d'azote 58 est ici raccor- downstream 61, the nitrogen outlet line 58 is here connected
dée à l'échangeur de chaleur amont 62. De plus, la condui- from the upstream heat exchanger 62. In addition,
te 65 relie à présent la sortie de l'échangeur de chaleur 62 à l'admission de la turbine de détente 67, tandis que l'échappement de cette turbine est envoyé à l'échangeur de chaleur aval 61 par la conduite 66* En exploitation, le mode opératoire de cette forme de réalisation est identique à celui de la deuxième forme de réalisation, à ceci près que l'azote froid provenant 65 now connects the outlet of the heat exchanger 62 to the inlet of the expansion turbine 67, while the exhaust of this turbine is sent to the downstream heat exchanger 61 via line 66. , the procedure of this embodiment is identical to that of the second embodiment, except that the cold nitrogen from
de la conduite de sortie 58 est échauffé par l'air d'ad- the outlet pipe 58 is heated by the air of ad-
mission dans l'échangeur de chaleur amont 62 avant d'être détendu et de nouveau refroidi dans la turbine 67. Par la conduite 65, l'azote arrive ensuite à l'échangeur de chaleur aval 61 o il refroidit encore davantage l'air in the upstream heat exchanger 62 before being expanded and cooled again in the turbine 67. By the pipe 65, the nitrogen then arrives at the downstream heat exchanger 61 where it cools the air even further.
d'admission tout en subissant lui-même une nouvelle élé- of admission while undergoing a new element of
vation de température avant d'être acheminé à d'autres temperature before being sent to other
équipements extérieurs.outdoor equipment.
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- 1981-12-22 FR FR8123926A patent/FR2497119A1/en not_active Withdrawn
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