FR2535981A1

FR2535981A1 - Procede et installation de separation par adsorption d'un gaz composite

Info

Publication number: FR2535981A1
Application number: FR8219006A
Authority: FR
Inventors: Leon Hay; Hay Leon
Original assignee: Air Liquide SA
Current assignee: Air Liquide SA
Priority date: 1982-11-12
Filing date: 1982-11-12
Publication date: 1984-05-18
Also published as: DE3340597A1; CA1209058A; US4512779A; JPS5998716A; FR2535981B1; IT1169660B; BE898205A; IT8323576A0

Abstract

L'INVENTION CONCERNE LA SEPARATION PAR ADSORPTION D'UN GAZ COMPOSITE. DANS UN PROCEDE COMPORTANT UNE PHASE DE PRODUCTION ISOBARE, UNE PHASE DE DEPRESSURISATION A CO-COURANT, LE CAS ECHEANT EN PLUSIEURS ETAPES, UNE PHASE D'ELUTION A CONTRE-COURANT ET UNE PHASE DE REPRESSURISATION A CONTRE-COURANT, LE CAS ECHEANT EN PLUSIEURS ETAPES, LES PHASES SUCCESSIVES D'EQUILIBRAGE ENTRE DEUX COLONNES D'ADSORPTION 1, 2, 3, 4 S'EFFECTUENT PAR PASSAGE DANS UNE COLONNE AUXILIAIRE 46, 70 AVEC CIRCULATION EN SENS OPPOSE DES COURANTS GAZEUX CORRESPONDANT A DEUX EQUILIBRAGES SUCCESSIFS.

Description

2535931.

L'invention a pour objet un procédé de sépara-

tion par adsorption d'un gaz composite, constitué d'au

moins deux composants, du genre o l'on dispose d'une plu-

ralité, au moins égale à trois, de colonnes d'adsorbant (ou adsorbeurs), dans chacune desquelles se déroulent, de façon cyclique et décalée dans le temps d'une colonne d'adsorption à une autre colonne d'adsorption, les phases opératoires suivantes:

a) une phase de production à pression dite haute avec cir-

culation dite à co-courant dudit gaz composite-et pro-

duction d'un courant gazeux séparé et piégeage d'au moins un composant dans ladite colonne avec, pendant une partie de ladite phase de production, dérivation d'une

fraction dudit courant gazeux séparé en vue d'une repres-

surisation finale à contre-courant d'un adsorbeur en cours de repressurisation en accord avec la phase g) ci-dessous;

b) une phase de dépressurisation à co-courant, avec souti-

rage d'un courant gazeux en vue de la repressurisation par équilibrage à un niveau de pression intermédiaire d'un adsorbeur en cours de repressurisation, en accord

avec la phase f) ci-dessous, ladite phase de dépressu-

risation correspondant à un équilibrage, pouvant le cas

échéant, être décomposée en plusieurs étapes de dépres-

surisation, chacune d'elles, pour la repressurisation

d'adsorbeurs différents, à des niveaux de pression in-

termédiaires toujours en accord avec la phase f); c) une phase de dépressurisation à concourant jusqu'à une

pression intermédiaire basse avec soutirage d'un cou-

rant gazeux, en vue de l'élution d'un adsorbeur en cours d'élution, en accord avec la phase e) ci-dessous; d) une phase de dépressurisation finale à contre-courant jusqu'à la pression dite basse pouvant être la pression

atmosphérique; -

e) une phase d'élution à contre-courant à la pression de

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régénération dite basse, le courant d'élution provenant d'un adsorbeur en cours de dépressurisation conforme à la phase c),

f) une phase de repressurisation à contre-courant par équi-

librage des pressions avec un adsorbeur en cours de dé- pressurisation conforme à la phase b), ladite phase de

repressurisation, pouvant le cas échéant, être décompo-

sée en plusieurs étapes successives par équilibrage des pressions avec les différents adsorbeurs en cours de dépressurisation, conforme à la phase b); g) une phase de repressurisation finale à contre courant,

le courant de repressurisation provenant d'une dériva-

tion d'une fraction du courant issu d'un adsorbeur en

cours de production conforme à la phase a).

Cette technique est utilisée pour la production d'hydrogène très pur ( 99, 999 %) à partir de mélanges aussi

divers que gaz de réformage à la vapeurs, gaz de "platfor-

ming", gaz de purge d'une installation de synthèse d'ammo-

niac ou du méthanol, gaz de lavage à l'azotes ammoniac craqué ou autres mélanges contenant une forte proportion d'hydrogène ( 50 à 98 %) Le nombre de colonnes d'adsorption

et la complexité d'un cycle opératoire dépendent de la puis-

sance nominale de l'installation et, dans certains cas,

lorsque la production est de l'ordre de 50 000 m 3/h d'hy-

drogène, on atteint un nombre élevé pouvant aller jusqu a

dix et plus, de colonnes d'adsorption.

La présente invention a pour objet d'assurer t encore un meilleur rendement et une plus grande pureté du gaz produit et cela est assuré, selon une caractéristique essentielle de l'invention, en ce que chaque équilibrage entre deux colonnes d'adsorption quelconques s'effectue en faisant passer le courant d'équilibrage dans une colonne auxiliaire à ségrégation longitudinale du composant piégé, et en inversant le sens de circulation dans ladite colonne pour deux courants d'équilibrage successifs homologues,

c'est-à-dire avec les mêmes pressions initiale et finale.

Par "ségrégation longitudinale du composant piégé", on en-

tend un moyen de rétention du composant piégé, qui forme

un front de concentration progressant dans le sens longi-

tudinal de l'extrémité d'entrée en direction de l'extrémi- té de sortie de la colonne auxiliaire De la sorte et grâce

aux inversions de sens de circulation du courant d'équili-

brage, on s'assure que, au cours d'un équilibrage, le cou-

rant qui est introduit dans une colonne d'adsorption voit sa teneur en composant piégé d'autant plus faible que la phase d'équilibrage se poursuit; en d'autres termes, un adsorbeur est remis en pression avec du gaz à teneur en composant piégé de moins en moins élevée et comme cette

remise en pression s'effectue à contre-courant du sens nor-

mal de production, dit co-courant, la plus forte concentra-

tion en impuretés a été repoussée plus loin que ne pouvait le faire la technique antérieure connue vers l'extrémité d'entrée de l'adsorbeur Il en résulte que lors d'une phase suivante de production, ces impuretés apparaîtront plus tardivement et en commençant par la plus faible teneur à l'extrémité de sortie pendant cette phase de production, de sorte qu'on assure ainsi soit un meilleur rendement,

soit une plus grande pureté du gaz produit.

Selon une forme complémentaire de l'invention, les phases opératoires de dépressurisation d'une colonne

d'adsorption créant un courant gazeux détendu pour l'élu-

tion d'une autre colonne d'adsorption sont effectuées éga-

lement par circulation du courant de gaz délution dans une autre colonne auxiliaire à ségrégation longitudinale du composant piégé, les courants d'élution de deux phases

de dépressurisation successives ayant des sens de circula-

tion opposés dans ladite colonne auxiliaire On s'assure ainsi que l'élution s'effectue avec un courant de gaz ayant une teneur en impuretés qui est progressivement abaissée

au cours de la phase d'élution Grâce à cette seconde dis-

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position, combinée avantageusement avec la précédente, les

deux opérations successives d'élution et de repressurisa-

tion sur un même adsorbeur, qui s'effectuent à contre-cou-

rant sont réalisées avec un courant de gaz ayant une te-

neur en impuretés qui est progressivement abaissée au cours des deux phases consécutives, de sorte que la plus -forte concentration en impuretés a été repoussée plus loin dans ledit adsorbeur Il en résulte que lors de la phase suivante de production sur ledit adsorbeur, ces impuretés apparaîtront plus tardivement et en commençant par la plus

faible teneur à l'extrémité de sortie, de sorte qu'on as-

sure ainsi soit un meilleur rendement, soit une plus grande pureté du gaz produit O

Selon une forme préférentielle de mise en oeu-

vre, chaque colonne à ségrégation longitudinale du courant piégé, est une colonne d'adsorption, mais cette colonne auxiliaire à ségrégation longitudinale du composant piégé peut également être un simple récipient de forme allongée

ayant un volume au moins égal à celui du gaz dépressurisé.

L'invention a également pour objet une instal-

lation de séparation par adsorption de gaz composite, met-

tant en oeuvre le procédé ci-dessus.

Les caractéristiques et avantages de linvention

ressortiront d'ailleurs de la description qui suit en ré-

férence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une vue schématique d'une installation de séparation conforme à l'invention; la figure 2 représente les diagrammes de pression en fonction du temps sur chacun des quatre adsorbeurs d'une

installation conforme à la figure 1 fonctionnant cycli-

quement, la figure 3 représente les diagrammes de pression en fonction du temps sur deux des six adsorbeurs d'une installation fonctionnant cycliquement; les figures 4, 5, 6 et 7 représentent le diagramme de

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pression en fonction du temps sur un quelconque des ad-

sorbeurs d'une installation comportant respectivement,

huit, dix, huit et quatre adsorbeurs, fonctionnant cy-

cliquement, et constituant quatre autres variantes de-

mise en oeuvre de l'invention. En se référant d'abord aux figures 1 à 2, une

installation de séparation par adsorption conforme à l'in-

vention comporte quatre colonnes d'adsorption 1, 2, 3, 4 ayant des extrémités d'entrée 5, 6, 7, 8 respectivement et

des extrémités de sortie 9, 10, 11, 12, respectivement.

Chaque extrémité d'entrée 5, 6, 7, 8 est raccordée par une conduite 13, 14, 15, 16 à une vanne d'arrêt 17, 18, 19, 20

respectivement à une conduite d'alimentation 21 en gaz com-

posite Egalement, chaque extrémité d'entrée 5, 6, 7, 8 est raccordée par une conduite soutirage 26, 27, 28, 29 à vanne d'arrêt 30, 31, 32, 33 à une conduite d'élimination

de gaz résiduaire 34.

Les extrémités de sortie 9, 10, 11, 12 des co-

lonnes 1, 2 P 3, 4 sont raccordées par une conduite de sou-

tirage 35, 36, 37, 38 à vanne d'arrêt 39, 40, 41, 42 à une conduite de production 43 Egalement, chaque extrémité de sortie 9, 10, 11, 12 est raccordée à une extrémité 45 d'une colonne auxiliaire d'adsorption 46 par une conduite 47, 48,

49, 50 à vanne d'arrêt 519 52, 53, 54 d'une part, à une au-

tre extrémité 55 de la colonne auxiliaire 46 par une con-

duite 56, 57, 58, 59 à vanne d'arrêt 60, 61, 62, 63.

Les extrémités de sortie 9, 11 des colonnes d'adsorption 1, 3 sont raccordées par des conduites 65, 66

à vanne d'arrêt 67, 68 à une extrémité 69 d'une seconde co-

lonne d'adsorption auxiliaire 70 dont une autre extrémité 71 est raccordée par des conduites 72, 73 à vanne d'arrêt

74, 75 à extrémité de sortie 10, 12 des colonnes d'adsorp-

tion 2, 4.

Enfin, la ligne de production 43 est raccordée par des conduites 76, 77, 78, 79 à vanne d'arrêt 80, 81,

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82, 83 respectivement aux extrémités de sortie 9, 1 O, 11,

12 des colonnes d'adsorption 1, 2, 3, 4.

L'installation selon les figures 1 à 2 fonc-

tionne de la façon suivante, et cela en supposant que l'installation vient de démarrer, en d'autres termes, qu'il

s'agit du premier cycle opératoire.

A l'instant 0, l'adsorbeur 1 est en phase de production, c'est-à-dire que les vannes 17 et 39 sont ouvertes et le gaz séparé évacué en 43; l'adsorbeur 2 est en phase de début de recompression par équilibrage avec l'adsorbeur 4 les vannes 63 et 52 étant ouvertes, le courant d'équilibrage circulant au travers

des conduites 59 et 48 et au travers de l'adsorbeur auxi-

liaire 46 dans le sens (F 1); l'adsorbeur 3 commence sa phase de décompression finale par soutirage des résiduaires au travers des conduites 28 et 34, la vanne 32 étant ouverte et la conduite 34 évacuant les résiduaires l'adsorbeur 4 en début d'équilibrage de décompression

avec l'adsorbeur 2 comme indiqué précédemment.

Au bout d'un certain temps à l'intérieur de la durée T 1, qui correspond au quart de la durée du cycle, et plus précisément à l'instant a, certaines modifications interviennent sur chacun des adsorbeurs: l'adsorbeur 1 voit une partie 90 de sa production isobare

dérivée vers l'adsorbeur 2 de façon à assurer sa recom-

pression finale à contre-courant, le courant de dériva-

tion circulant au travers de la conduite 77, la vanne 81 étant ouverte; l'adsorbeur 2, pour les raisons indiquées ci-dessus, monte en pression et cela jusqu'à la pression finale P à la fin du temps T 1; l'adsorbeur 3 est parvenu à la pression basse PO et une élution se produit par décompression de l'adsorbeur 4, le courant de décompression une fois détendu formant le

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courant d'élution circulant de l'adsorbeur 4 vers l'ad-

sorbeur 3 au travers de l'adsorbeur auxiliaire 70, c'est à-dire par les conduites 72 et 66, les vannes 74 et 68

étant ouvertes, la circulation du gaz d'élution s'effec-

tuant dans l'adsorbeur B selon le sens (F 3):

l'adsorbeur 4 est donc pendant la phase de deuxième dé-

compression, détendu jusqu'à la pression intermédiaire

basse Pi.

Au début du temps de durée T 2 qui commence à la fin du temps de durée T 1, l'adsorbeur 1 est en phase de décompression par équilibrage avec l'adsorbeur 3 au travers

de l'adsorbeur auxiliaire 46, le sens du courant d'équili-

brage étant le sens F 2 qui est opposé au sens F 1 et, à cet

effet, les vannes 51 et 62 étant ouvertes, le courant d'é-

quilibrage circulant dans les conduites 47 et 58, puis à l'instant b, en phase de deuxième décompression, le courant

de décompression formant le courant d'élution détendu, cir-

culant de l'adsorbeur I 1 vers l'adsorbeur 4 au travers de l'adsorbeur auxiliaire 70 selon le sens F 4, c'est-à-dire opposé au sens F 3, c'est-àdire que les vannes 67 et 74

sont ouvertes.

l'adsorbeur 2 est dans une phase de production isobare

comme l'adsorbeur 1 pendant le temps T 1 et les mêmes phé-

nomènes se déroulent avec un décalage dans -le temps d'une durée de T 1, la dérivation finale 90 s'effectuant alors vers l'adsorbeur 3;

l'adsorbeur 3 est d'abord en phase de recompression ini-

tiale par équilibrage avec l'adsorbeur 1 comme décrit

précédemment puis, à l'imstant b, en phase de recompres-

sion finale par dérivation 90 d'un courant de production de l'adsorbeur 2;

l'adsorbeur 4 est d'abord en phase de décompression fi-

nale comme indiqué précédemment pourl'adsorbeur 3, puis à l'instant b en phase d'élution à la pression PO par un courant détendu issu de la décompression de l'adsorbeur 1

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circulant au travers de l'adsorbeur auxiliaire 70, selon

le sens F 4, comme indiqué précédemment.

Au cours du temps T 3 du cycle:

l'adsorbeur 1 est d'abord en phase de décompression fi-

nale jusqu'à l'instant c puis, en phase d'élution par un courant de détente provenant de l'adsorbeur 2, circulant

au travers de l'adsorbeur 70 dans le sens F, c'est-à-

3, dire que les vannes 75 et 67 sont ouvertes; l'adsorbeur 2 est en phase de première décompression par équilibrage à travers l'adsorbeur auxiliaire 46 selon le

sens de circulation F 1 avec l'adsorbeur 4 et, à cet ef-

fet, les vannes 61 et 54 sont ouvertes jusqu'à l'instant c, ensuite comme indiqué précédemment, cet adsorbeur 2 est en décompression à la pression intermédiaire Pl pour former le courant d'élution vers l'adsorbeur 1, via 70 (sens F 3); l'adsorbeur 3 est en phase de production isobare avec, à

partir du temps d, une dérivation d'un courant de produc-

tion 90 vers l'adsorbeur 4 pour assurer sa recompression finale;

l'adsorbeur 4 est d'abord en phase de recompression ini-

tiale par équilibrage de l'adsorbeur 2 au travers de l'ad-

sorbeur auxiliaire 46 selon le sens de circulation F 1 puis en phase de recompression finale par une dérivation

90 du courant de production issu de l'adsorbeur 3.

Pendant le temps de durée T 4 qui fait suite au temps de durée T 3 et à la fin duquel se termine un cycle

opératoire, on retrouve les mêmes phases opératoires déca-

lées dans le temps, c'est-à-dire que l'adsorbeur 1 est d'

abord en recompression initiale par équilibrage avec l'ad-

sorbeur 3 jusqu'au temps d au travers de l'adsorbeur auxi-

liaire 46, le courant d'équilibrage circulant selon le sens F 2, puis en recompression finale par dérivation 90 d'une partie de courant de production issu de l'adsorbeur 4; l'adsorbeur 2 est en phase de décompression finale à

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l'atmosphère, puis, à partir du temps d, en phase d'élu-

tion par un courant de gaz détendu provenant de l'adsor-

beur 3, circulant au travers de l'adsorbeur auxiliaire selon le sens de circulation F 4; l'adsorbeur 3 est d'abord en phase de décompression par

équilibrage avec l'adsorbeur 1, au travers de l'adsor-

beur auxiliaire 46 dans le sens F 2 comme indiqué précé-

demment, puis, à l'instant d, en phase de deuxième dé-

compression au travers de l'adsorbeur auxiliaire 70 dans

le sens F 4 comme indiqué précédemment.

l'adsorbeur 4 est en phase de production isobare avec,

à partir du temps d, une dérivation partielle 90 du cou-

rant de production vers l'adsorbeur 1 o

Ainsi qu'il ressort de la description qui pré-

cède, on voit que les adsorbeurs auxiliaires 46 et 70 sont

successivement mis en oeuvre pour ce qui concerne l'adsor-

beur 46 au cours des équilibrages successifs, pour ce qui concerne l'adsorbeur 70 au cours des détentes successives formant le courant de gaz d'élutiono Quel que soit l'adsorbeur 46 ou 70, les courants d'équilibrage circulant 'dans l'adsorbeur 46 s'écoulent successivement dans le sens F 1, F 2, F 1, F 29 etc O De même, les courants d'élution s'écoulent successivement dans l'adsorbeur 70 dans des sens opposés F 39 F 4, F, F 4, etc

Il résulte de cette mise en oeuvre que les cou-

rants d'équilibrage circulant dans l'adsorbeur auxiliaire 46 ou les courants d'élution circulant dans l'adsorbeur

auxiliaire 70 créent dans l'adsorbeur auxiliaire d'équili-

brage 46, ou dans l'adsorbeur auxiliaire d'élution 70 un front d'impuretés respectivement à chaque extrémité de l'adsorbeur, les deux fronts d'impuretés étant séparés par une certaine distance longitudinale de sorte que le début de l'émission d'un courant d'équilibrage ou d'un courant d'élution, s'effectue en sortie de 46 ou 70 avec

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une teneur d'impuretés maximale par sortie du front d'impu-

retés, alors que la fin de l'émission du courant d'équili-

brage ou d'élution s'effectue en sortie de 46 ou 70 avec une

teneur d'impureté minimale, c'est-à-dire que toutes les opé-

rations d'équilibrage (c'est-à-dire de recompression partiel-

le d'un adsorbeur) et d'élution (c'est-à-dire de régénéra-

tion) s'effectuent avec des courants qui ont tendance à être de plus en plus purs, contrairement à l'état antérieur de la technique o ces courants d'équilibrage et d'élution étaient

de plus en plus pollués par des impuretés.

Il en résulte que, pour ce qui concerne les opé-

rations d'élution et de repressurisation par équilibrage, qui s'effectuent successivement à contre-courant sur un même adsorbeur, les impuretés sont refoulées le plus près possible de l'extrémité d'entrée de l'adsorbeur, ce qui améliore ensuite ses caractéristiques de qualité de pureté

du gaz produit.

L'installation qui permet de réaliser le cycle

conforme au diagramme pression/temps schématisé sur la figu-

re 3 pour deux adsorbeurs, comporte six adsorbeurs et trois

colonnes auxiliaires La période du cycle opératoire est di-

visée en autant de sous-périodes d'égale durée, qu'il y a d'

adsorbeurs, soit six sous-périodes T 1, T 2, T 3, T 4, T 5 et T 6.

Chaque adsorbeur subit le même cycle que celui représenté sur la figure 3 pour l'adsorbeur 1 mais avec un décalage dans le temps, pour chaque adsorbeur par rapport à un précédent, d'une

durée égale à la sous-période, comme représenté sur la figu-

re 3 pour l'adsorbeur 2 par rapport à l'adsorbeur 1 Une des caractéristiques du cycle est la décomposition en deux étapes successives de la phase de décompression à co-courant avec

équilibrage Une autre caractéristique du cycle est l'étale-

ment de la phase de production sur deux sous-périodes.

Le déroulement du cycle sur l'adsorbeur 1 s'ef-

fectue de la manière suivante:

a) Durant les sous-périodes T 1 et T 2, l'adsor-

beur est en phase de production isobare 101 à la pression P et à cocourant Une fraction du courant de production, prélevée en partie terminale des sous-périodes T 1 et T 2

sert à la recompression finale à contre-courant des adsor-

beurs respectivement 2 et 3. b) Durant la sous-période T 3, l'adsorbeur est en phase de décompression à cocourant jusqu'à une pression intermédiaire Pe assurée d'abord par un premier équilibrage de la pression P à la pression P'e avec l'adsorbeur 4 au travers d'une première colonne auxiliaire 111 (sens F 1), puis par un second équilibrage de la pression P'e à la pression Pe avec l'adsorbeur 5 au travers d'une deuxième

colonne auxiliaire 112 (sens F 2).

c) Durant la sous-période T 4, l'adsorbeur est d'abord en décompression à cocourant de la pression Pe à la pression Pl avec soutirage d'un courant pour assurer

l'élution de l'adsorbeur 6 au travers d'une troisième co-

lonne auxiliaire 113 (sens F 3), puis en décompression fi-

nale à contre-courant de la pression Pl à la pression Pf

avec évacuation des résiduaires.

d) Durant la sous-période T 5, l'adsorbeur est d'abord en phase d'élution par utilisation du gaz soutiré de l'adsorbeur 2 qui se trouve en phase de décompression de Pe à Pi, puis en phase de première recompression jusqu'à Pe, par équilibrage avec l'adsorbeur 3 qui se trouve en

phase de décompression de P'e à Pe.

e) Durant la sous-période T 6 S l Vadsorbeur est d'abord en phase de deuxième recompression jusqu'à P'e par équilibrage avec l'adsorbeur 4 qui se trouve en phase de décompression de P à P'e, puis en phase de recompression

finale jusqu'à P par dérivation d'une partie de la produc-

tion en provenance des adsorbeurs 5 et 6 qui se trouvent

en phase production.

Le déroulement du cycle sur l'adsorbeur 2 est le même que celui qui a été décrit pour l'adsorbeur 1

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(même succession de phases avec les mêmes pressions et les mêmes durées) mais décalé dans le temps de la durée d'une

sous-période Cependant, les sens de circulation au tra-

vers des colonnes auxiliaires 111, 112 et 113 des courants gazeux issus des trois phases de décompression à cocourant de l'adsorbeur 2 sont inversés (sens F'1, F'2 et F'3) par rapport aux sens de circulation des courants homologues issus des trois phases de décompression de l'adsorbeur 1,

comme représenté sur la figure 3.

Pour l'adsorbeur 3, dont le cycle est décalé d'une sous-période par rapport à l'adsorbeur 2, les sens de circulation des courants de décompression au travers des colonnes 111, 112 et 113 sont à nouveau inversés par

rapport aux sens de circulation des courants de décompres-

sion issus de ladsorbeur 2 Il en est de même pour les adsorbeurs 4, 5 et 6, de sorte que les sens de circulation

au travers des colonnes 111, 112 et 113 seront respective-

ment F 1,5 F 2 et F 3 Pour les courants de décompression issus

des adsorbeurs 1, 3 et 5 et FI 1, F '2 et F'3 pour les cou-

rants de décompression issus des adsorbeurs 2, 4 et 6 On

réalise ainsi l'alternance des sens de circulation au tra-

vers de chaque colonne auxiliaire entre deux courants de

décompression successifs et homologues.

On voit également que la production du gaz pu-

rifié est assurée simultanément par deux adsorbeurs, par suite de l'étalement sur deux sous-périodes consécutives de la phase de production du cycle Ainsi pendant la sous période T 2, les schémas de la figure 3 montrent clairement une production sur les adsorbeurs 1 et 2 Pendant la sous période T 3, la production est assurée simultanément sur les adsorbeurs 2 et 3, et ainsi de suite pour les autres sous

périodes Cette disposition permet, pour une taille d'adsor-

beur donnée, et avec seulement six adsorbeurs, de doubler le débit de gaz traité et la production de gaz purifié, par rapport à la solution comportant quatre adsorbeurs telle

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qu'elle est définie par l'installation de la figure 1, fonctionnant selon le cycle de la figure 2 dans lequel la

phase de production n'affecte qu'une sous-période du cycle.

La figure 4 montre, sans qu'on le décrive en détails, un cycle à huit adsorbeurs et trois colonnes auxi- liaires 121, 122 et 123 dont deux seulement 121 et 122 avec des sens de circulation respectivement F 4, F'4 et F, F'5 alternativement mis en oeuvre, sont représentés Comme

le temps de transit du gaz autravers de la colonne 122 in-

tervient pendant une durée supérieure à la sous-période du cycle, il est indispensable, pour le bon fonctionnement de

l'installation d'avoir une autre colonne 123 (non représen-

tée) qui joue le même rôle que la colonne 122, mais avec un décalage dans le temps d'une sous-période par rapport à la

colonne 123, et des sens de circulation également alterna-

tivement mis en oeuvre Le cycle comporte une seule étape d'équilibrage mais une phase de production étalée sur trois sous périodes, ce qui permet d'assurer à tout -instant une

production simultanée sur trois adsorbeurs.

La figure 5 montre un cycle à dix adsorbeurs et cinq colonnes auxiliaires 131, 132, 133, 134 et 135 (cette dernière non représentée mais jouant le même rôle que 134

comme expliqué ci-dessus) avec des sens de circulation al-

ternés, respectivement F 62 F'6; F 7, F'7; Fg, Fs et Fg: F' Le cycle comporte trois étapes d'équilibrage, et une phase de production sur trois sous-périodes, c'est-à-dire

une production simultanée sur trois adsorbeurs.

La figure 6 montre un-cycle à huit adsorbeurs

et trois colonnes auxiliaires 141, 142 et 143 (non repré-

sentée) avec des sens de circulation alternés, respective-

ment Flo, F'10 et F 11, F'11 Le cycle assure une produc-

tion simultanée sur trois adsorbeurs et comporte deux éta-

pes d'équilibrage La décompression fournissant le gaz d'

élution est intercalée entre les deux étapes de décompres-

sion réalisant l'équilibrage des pressions Par ailleurs le courant de deuxième décompression fournissant le gaz

d'élution, et le courant de troisième décompression réa-

lisant un équilibrage, transitent au travers de la même

colonne auxiliaire 142 La colonne auxiliaire 143 non re-

présentée, à sens de circulation alternés, joue le même

rôle que la colonne auxiliaire 142.

La figure 7 montre un cycle de quatre adsorbeurs avec seulement deux colonnes auxiliaires 151 et 152 et des sens de circulation alternés, respectivement F 12 S, F 12 et F 131 F'13 ' Le cycle comporte, comme la figure 6, une phase de décompression pour élution, intercalée entre les deux

étapes de décompression avec équilibrage, et comme en fi-

gure 6, les courants des deuxième et troisième décompres-

sions pour élution et équilibrage, transitent au travers de

la même colonne auxiliaire 152.

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Claims

REVENDICATIONS

1 Procédé de séparation par adsorption d'un gaz composite, constitué d'au moins deux composants, du genre o l'on dispose d'une pluralité au moins égale à trois, de colonnes d'adsorbant, dans chacune desquelles se déroulent, de façon cyclique et décalée dans le temps d'une colonne d'adsorption à une autre colonne d'adsorption, les phases opératoires successives suivantes: a) une phase opératoire de production avec circulation dite à co-courant dudit gaz composite et production d'un

courant gazeux séparé et piégeage d'au moins un compo-

sant dans ladite colonne avec, pendant une partie de la-

dite phase de production, dérivation d'une fraction du-

dit courant gazeux séparé en vue d'une repressurisation finale à contrecourant d'un second adsorbeur en cours

de repressurisation en accord avec la phase g) ci-dessous.

b) une phase de dépressurisation à co-courant, avec souti-

rage d'un courant gazeux, en vue de la repressurisation par équilibrage à un niveau de pression intermédiaire d'un adsorbeur en cours de repressurisation, en accord

avec la phase f) ci-dessous, ladite phase de dépressuri-

sation, correspondant à un équilibrage, pouvant le cas

échéant, être décomposée en plusieurs étapes de dépres-

surisation, chacune d'elles, pour la repressurisation

d'adsorbeurs différents, à des niveaux de pression inter-

médiaire, toujours en accord avec la phase f); c) une phase de dépressurisation à co-courant jusqu'à une press-ion intermédiaire basse avec soutirage d'un courant

gazeux, en vue de l'élution d'un adsorbeur en cours d'é-

lution, en accord avec la phase e) ci-dessous; d) une phase de dépressurisation finale à contre-courant

jusqu'à la pression dite basse pouvant être la pression.

atmosphérique; -

e) une phase d'élution à contre-courant à la pression de régénération dite basse, le courant d'élution provenant d'un adsorbeur en cours de dépressurisation conforme à

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la phase c)

f) une phase de repressurisation à contre-courant par équi-

librage des pressions avec un adsorbeur en cours de dé-

pressurisation conforme à la phase b), ladite phase de repressurisation, pouvant, le cas échéant, être décom- posée en plusieurs étapes successives par équilibrage des pressions avec les différents adsorbeurs en cours de dépressurisation, conforme à la phase b), g) une phase de repressurisation finale à contre-courant

le courant de repressurisation provenant d'une dériva-

tion d'une fraction du courant issu d'un adsorbeur en cours de production conforme à la phase a), caractérisé en ce que les phases successives d'équilibrage entre deux colonnes d'adsorption quelconques s'effectuent en faisant passer le courant d'équilibrage dans une colonne

auxiliaire à ségrégation longitudinale du ou des compo-

sants indésirables, les courants correspondant à deux équilibrages successifs, circulant dans ladite colonne

selon des sens de circulation opposés.

2 Procédé de séparation par adsorption d'un gaz composite, selon la revendication 1 s, caractérisé en ce que les phases successives de dépressurisation d'une colonne d'adsorption pour l'élution d'une autre colonne d'adsorption sont effectuées également par circulation du gaz d'élution dans une colonne auxiliaire à ségrégation longitudinale du ou des composants indésirables, les courants d'élution de deux phases de dépressurisation successives ayant des sens

de circulation opposés.

3 Procédé de séparation d'un gaz composite selon la revendication 1, caractérisé en ce que la ou les colonnes à ségrégation longitudinale du composant piégé

sont des colonnes d'adsorption, remplies d'adsorbant appro-

prié pour arrêter sélectivement le ou les composants indé-

sirables du gaz que l'on veut obtenir à l'état purifié.

4 Procédé de séparation d'un gaz composite

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selon les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la ou les-

colonnes auxiliaires à ségrégation longitudinale du ou des composants indésirables sont des simples récipients de forme allongée ayant un

volume au moins égal à celui du gaz dépressurisé.

5 Procédé de séparation d'un gaz composite selon les

revendications l ou 2, caractérisé en ce que la ou les colonnes à

ségrégation longitudinale sont des récipients chargés d'un matériau de remplissage inerte, laissant des espaces morts dont le volume est

au moins égal à celui du gaz dépressurisé.

6 Installation de séparation par adsorption de gaz composite, du genre comprenant une pluralité de colonnes d'adsorption au moins égale à trois, des conduites de raccordement à vanne d'arrêt d'une première extrémité ou extrémité d'entrée de chaque colonne à une source de gaz composite, des conduites de production de gaz traité à vannes d'arrêt issues d'une seconde extrémité ou extrémité de sortie, opposée à ladite première extrémité, de chaque colonne d'adsorption, des conduites de soutirage à vannes d'arrêt à l'extrémité d'entrée, caractérisée par au moins un récipient à ségrégation longitudinale du ou des composants indésirables, raccordé à une extrémité par conduites à vannes d'arrêt à l'extrémité de sortie d'au moins une première partie des dites colonnes d'adsorption d'une part et à une autre extrémité à l'extrémité de sortie d'au moins une seconde partie des dites colonnes d'adsorption, qui est

complémentaire ou égale à ladite première partie.

7 Installation de séparation selon la revendication 6, caractérisée en ce qu'elle comporte quatre adsorbeurs et deux

récipients à ségrégation longitudinale des gaz piégés.

8 Installation de séparation selon la revendication 6, caractérisée en ce qu'elle comporte six adsorbeurs et trois

récipients à ségrégation longitudinale des gaz traités.

9 Installation de séparation selon la revendication 6, caractérisée en ce qu'elle comporte huit adsorbeurs et trois

récipients à ségrégation longitudinale des gaz traités.

Installation de séparation selon la revendication 6, caractérisée en ce qu'elle comporte dix adsorbeurs et cinq récipients

à ségrégation longitudinale des gaz traités.

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11 Procédé et installation de séparation selon une

quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le gaz

traité est un mélange de gaz dont le constituant principal est

l'hydrogène, en vue de sa purification.

12 Procédé et installation de séparation selon une

quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le gaz

traité est un mélange de gaz dont l'un des constituants n'est pas adsorbé (tel l'hélium), ou est relativement peu adsorbé vis-à-vis des autres constituants du mélange, en vue de la purification de ce constituant.