FR2624759A1 - Procede de traitement d'un melange gazeux par adsorption - Google Patents

Procede de traitement d'un melange gazeux par adsorption Download PDF

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Abstract

Pour produire de l'oxygène pur à partir d'air, l'installation comprend trois lignes d'adsorption 1, 2, 3 comportant chacune un adsorbeur Z1, Z2, Z3 chargé de tamis moléculaire zéolitique et un adsorbeur C1, C2, C3 chargé de tamis moléculaire carboné. Le cycle, pour chaque ligne, comprend une phase d'adsorption simultanée sur les deux adsorbeurs en série, puis, les deux adsorbeurs étant isolés : pour le premier adsorbeur, une dé- sorption à contre-courant puis une recompression à contre-courant au moyen de gaz issu du premier adsorbeur d'une autre ligne en phase d'adsorption; et pour le second adsorbeur, une désorption à contre-courant fournissant le gaz de production, puis une recompression à co-courant au moyen de gaz issu du second adsorbeur d'une autre ligne en phase d'adsorption.

Description

DESCRIPTION
La présente invention est relative à un procédé de production à l'état enrichi d'un premier constituant d'un mélange gazeux contenant un second et un troisième constituants, par adsorption à variation de pression (Pressure Swing Adsorption ou PSA). L'invention s'applique par exemple à la production d'oxygène à pureté élevée à partir d'un mélange constitué essentiellement d'oxygène, d'azote et d'argon, en pratique à partir d'air atmosphérique ou d'air déjà enrichi en oxygène. Par "pureté élevée", on entend une pureté supérieure à 96 Zenviron, pour les raisons indiquées ci-dessous.
Il est bien connu que la production d'oxygène par PSA à partir d'air atmosphérique sur un lit adsorbant constitué de tamis moléculaire zéolitique (TMZ), par exemple de type SA ou 13X, ne permet pas d'obtenir de 1' oxygène à teneur supérieure à- 95,7 Z. En effet, la teneur en oxygène est limitée par l'argon qui, présent dans l'air à une teneur de 0,93 XI se trouve enrichi d'un facteur sensiblement identique à celui de l'oxygène dans le procédé PSA de séparation de l'air sur zéolite
Pour obtenir une teneur en oxygène supérieure à 95,7 Z par PSA, deux solutions sont actuellement proposées.Ces deux solutions, décrites dans les demandes de brevet EP-A-163 242 ét EP-A-157 93#, sont relativement compliquées car elles utilisent deux installations PSA séparées et en cascade, chacune ayant son propre cycle. Il en résulte un grand nombre de vannes et de machines, la nécessité d'avoir recours à des réservoirs de stockage intermédiaires entre les deux installations, et un encombrement important de l'ensemble. Par suite, bien que ces solutions connues permettent d'obtenir de l'oxygène à pureté élevée, elles ne sont pas satisfaisantes sur le plan industriel.
L'invention a pour but de fournir un procédé permettant de produire ledit premier constituant à l'état enrichi avec un investissement et une consommation d'énergie relativement faibles et avec un rendement d'extraction élevé.
A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de production à l'état enrichi d'un premier constituant d'un mélange gazeux contenant un second et un troisième constituants, par adsorption à variation de pression (PSA), caractérisé en ce qu'il met en oeuvre trois lignes d'adsorption constituées chacune de deux adsorbeurs différents pouvant être soit isolés l'un de l'autre soit branchés en série avec la sortie du premier adsorbeur, vis-à-vis de la phase d'adsorption, reliée à l'entrée au second adsorbeur, vis-à-vis de cette même phase, dont un premier adsorbeur contenant un adsorbant qui adsorbe préférentiellement ledit second constituant, et un second adsorbeur contenant un adsorbant qui adsorbe préférentiellement ledit premier constituant par rapport audit troisième constituant, et en ce que l'on met en oeuvre le même cycle suivant sur chaque ligne, le cycle étant décalé d'une ligne à l'autre d'une durée T/3, où T désigne la durée du cycle (a) une phase d'adsorption isobare simultanée dans un sens dit co-courant sur les deux adsorbeurs de la ligne, par admission du mélange à l'entrée du premier adsorbeur et soutirage d'un courant gazeux par la sortie du second adsorbeur, les deux adsorbeurs étant branchés en série pendant au moins une première partie de cette phase ;; (b) les deux adsorbeurs étant isolés l'un de l'autre, une phase comprenant
(bl) pour le premier adsorbeur, une désorption à
contre-courant par décompression et/ou mise sous vide
et/ou élution, et
(b2) pour le second adsorbeur, une désorption à
contre-courant par décompression et/ou mise sous vide, une
partie au moins du gaz de désorption constituant la
production de l'installation ; (c) les deux adsorbeurs étant isolés l'un de l'autre, une phase comprenant
(cl) pour le premier adsorbeur, une recompression à
contre-courant au moyen de gaz issu du premier adsorbeur
d'une autre ligne en phase d'adsorption, et
(c2) pour le second adsorbeur, une recompression au moyen
de gaz issu du second adsorbeur d'une autre ligne en phase
d'adsorption.
Dans un autre mode de mise en oeuvre, l'invention a également pour objet un procédé de production à l'état enrichi d'un premier constituant d'un mélange gazeux contenant un second et un troisième constituants, par adsorption à variation de pression (PSA), caractérisé en ce qu'il met en oeuvre quatre lignes d'adsorption constituées chacune de deux adsorbeurs différents pouvant être soit isolés l'un de l'autre soit branchés en série avec la sortie du premier adsorbeur, vis-à-vis de la phase d'adsorption, reliée à l'entrée du second adsorbeur, vis-à-vis de cette même phase, dont un premier adscrbeur contenant un adsorbant qui adsorbe préférentiellement ledit second constituant, et un second adsorbeur contenant un adsorbant qui adsorbe préférentiellement ledit premier constituant par rapport audit troisième constituant, et en ce que l'on met en oeuvre le même cycle suivant sur chaque ligne, le cycle étant décalé d'une ligne à l'autre d'une durée T/4, où T désigne la durée du c#ycle : (a') une première phase d'adsorption isobare simultanée dans un sens dit co-courant sur les deux adsorbeurs de la ligne branchés en série, par admission à l'entrée du premier adsorbeur du-gaz soutiré de la sortie du premier adsorbeur d'une autre ligne en phase (a") décrite ci-dessous et soutirage d'un courant gazeux par la sortie du second adsorbeur (a") une seconde phase d'adsorption simultanée à co-courant pendant laquelle, les deux adsorbeurs étant isolés l'un de l'autre, d'une part, on admet le mélange à traiter à entrée du premier adsorbeur, on soutire du gaz par la sortie de cet adsorbeur, et on l'envoie à l'entrée du premier adsorbeur d'une autre ligne en phase (a') ; et d'autre part, on purge à co-courant le second adsorbeur au moyen d'une fraction du gaz issu du second adsorbeur d'une autre ligne en phase de désorption (52) décrite ci-dessous ; (b) les deux adsorbeurs étant isolés l'un de l'autre, une phase comprenant
(bl) pour le premier adsorbeur, une désorption à contre-courant par décompression et/ou mise sous vide et/ou élution, et
(b2) pour le second adsorbeur, une désorption à contre-courant par décompression et/ou mise sous vide, une partie du gaz de désorption constituant la production de l'installation ; ; (c) les deux adsorbeurs étant isolés l'un de l'autre, une phase comprenant :
(ci) pour le premier adsorbeur, une recompression à contre-courant au moyen de gaz issu du premier adsorbeur d'une autre ligne en phase d'adsorption (au), et
(c2) pour le second adsorbeur, une recompression au moyen de gaz issu du second adsorbeur de deux autres lignes en phases (a') et (a") respectivement.
quelques exemples de mise en oeuvre de l'invention vont maintenant être décrits en regard des dessins annexés, sur lesquels
- la figure 1 est un schéma d'une installation à trois lignes d'adsorption destinée à la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention
- la figure 2 est un diagramme illustrant le fonctionnement de cette installation ;
- la figure 3 illustre de façon analogue à la figure 2 une variante du procédé de cette figure 2 ;
- la figure 4 illustre de façon analogue à la partie supérieure de la figure 2 une variante du procédé suivant l'invention, en ce qui concerne le second adsorbeur de chaque ligne ;
- la figure 5 illustre de façon analogue à la partie inférieure de la figure 2 une variante du procédé suivant l'invention, en ce qui concerne le premier adsorbeur de chaque ligne;;
- la figure 6 illustre de façon analogue à la figure 2 un procédé suivant l'invention combinant pour l'essentiel les variantes des figures 4 et 5 ; et
- la figure 7 illustre un procédé suivant l'invention mis en oeuvre avec une installation à quatre lignes d'adsorption.
L'installation représentée à la figure 1 est destinée à la production d'oxygène à pureté élevée, c'est-à-dire supérieure à 96 Z environ et de préférence supérieure à 98 Z, à partir d'air atmosphérique non épuré. Elle comprend trois lignes d'adsorption identiques 1, 2 et 3 comportant chacune deux adsorbeurs différents : un premier adsorbeur Z1,
Z2, Z3 contenant un adsorbant qui adsorbe préférentiellement l'azote de l'air, et un second adsorbeur Cl, C2, C3 contenant un adsorbant qui adsorbe préférentiellement l'oxygène par rapport à l'argon.Dans cet exemple, le premier adsorbant est du tamis moléculaire zéolitique (TMZ), par exemple du type- SA ou 13X, tandis que le second adsorbant est du tamis moléculaire carboné (TMC), par exemple du charbon CMSN2 de BERGBAU FORSCUUNG. Le TMZ, à l'équilibre d'adsorption, adsorbe plus d'azote que d'oxygène et d'argon, tandis que le TMC assure l'adsorption préférentielle de l'oxygène grâce à une cinétique d'adsorption plus rapide pour ce corps que pour l'argon (et également que pour l'azote).
Chaque adsorbeur comporte à son extrémité inférieure une entrée et à son extrémité supérieure une sortie. Pendant les phases d'adsorption, le gaz traité circule de l'entrée à la sortie, ce qui définit un sens de circulation dit co-courant. Le sens de circulation opposé est dit contre-courant.
Les entrées des adsorbeurs Z1 à Z3 sont reliées entre elles par deux collecteurs en parallèle 4 et 5. Au collecteur 4 est reliée une conduite 6 d'air à traiter pourvue d'une soufflante ou d'un compresseur 7, tandis qu'une conduite 8 pourvue d'une pompe à vide 9 est reliée au collecteur 5.
Les sorties des adsorbeurs Zl à Z3 sont reliées, par des conduites respectives équipées de vannes d'arrêt, à deux collecteurs 10, Il en parallèle, lesquels sont reliés entre eux par l'intermédiaire d'une vanne 12 de réglage de débit.
Les sorties des mêmes adsorbeurs Zl à Z3 sont par ailleurs reliées aux entrées des adsorbeurs Cl à -C3 respectifs par des conduites 13-1 à 13-3 respectivement ; un collecteur 14 relie les entrées des adsorbeurs Cl à C3 à l'aspiration d'une pompe à vide 15 dont le refoulement est relié un réservoir de stockage 16, lequel est également relié aux entrées des adsorbeurs Cl à C3 par un autre collecteur 17 équipé d'une -vanne 18 de réglage de débit. Les sorties des adsorbèurs C1 à C3 sont reliées à un collecteur 19 d'évacuation de gaz résiduaire, et le réservoir 16 est relié ~ une conduite 20 de production d'oxygène à pureté élevée équipée d'un régulateur de pression 21.La sortie de l'adsorbeur Cl est reliée par une conduite 22-l à 1'entrée de l'adsorbeur
C2 ; de même, des conduites 22-2 et 22-3 relient respectivement la sortie des adsorbeurs C2 et C3 à l'entrée des adsorbeurs C3 et Cl.
L'installation comporte également diverses vannes permettant d'effectuer le cycle de fonctionnement qui sera décrit ci-dessous.
Au moyen de cette installation, on réalise pour chaque adsorbeur un cycle que l'on a illustré à la figure 2 en référence à la ligne d'adsorption 1. Si T désigne la durée du cycle, le fonctionnement de la ligne d'adsorption 2 s'en déduit par décalage dans le temps de T/3, et celui de la ligne d'adsorption 3 par décalage dans. le temps de 2T/3.
Dans l'exemple illustré, on peut choisir une durée de cycle de l'ordre de une minute à quelques minutes, par exemple de 2 à 6 minutes. Il est à noter que le cycle de la figure 2 ne fait pas intervenir le collecteur 17 et la vanne 18.
Sur la figure 2,- où les temps t sont portés en abscisses et les pressions absolues P en ordonnées, les traits orientés par des flèches indiquent les mouvements et destinations des courants gazeux ; lorsque les flèches sont parallèles à l'axe des ordonnées, elles indiquent, en outre, le sens de circulation dans un adsorbeur : lorsqu'une flèche est dans le sens des ordonnées croissantes (vers le haut du diagramme), le sens du courant dans l'adsorbeur est à co-courant ; si la flèche dirigée vers le haut est située au-dessous du trait indiquant la pression dans l'adsorbeur, le courant pénètre dans l'adsorbeur par l'extrémité d'entrée de l'adsorbeur ; ai la flèche, dirigée vers le haut, est située au-dessus du trait indiquant la pression, le courant sort de l'adsorbeur par l'extrémité de sortie de l'adsorbeur, les extrémités d'entrée et de sortie étant respectivement celles du gaz à traiter par l'adsorbeur considéré et du gaz soutiré de ce même adsorbeur en phase d'adsorption ; lorsqu'une flèche est dans le sens des ordonnées décroissantes (vers le bas du diagramme), le sens du courant dans l'adsorbeur est à contre-courant.Si la flèche dirigée vers le bas est située au-dessous du trait indiquant la pression de l'adsorbeur, le courant sort de l'adsorbeur par l'extrémité d'entrée de l'adsorbeur ; si la flèche dirigée vers le bas est située au-dessus du trait indiquant la pression, le courant pénètre dans l'adsorbeur par l'extrémité de sortie de l'adsorbeur, les extrémités d'entrée et de sortie étant toujours celles du gaz à traiter et du gaz soutiré en phase d'adsorption. D'autre part, on a indiqué en traits pleins les courants gazeux qui concernent exclusivement un adsorbeur et en traits pointillés les courants gazeux en provenance ou en direction d'autres adsorbeurs.
Le cycle complet sera maintenant décrit pour une ligne d'adsorption, par exemple la ligne 1, en référence aux figures 1 et 2. Il comporte les différentes étapes successives suivantes :
(a) De t-O à t=T/3, une phase d'adsorption simultanée à co-courant sur les adsorbeurs Z1, Cl branchés en série par la conduite 13-1. Pendant cette phase, l'air à traiter est introduit par l'extrémité d'entrée de Z1, via le collecteur 4, à la pression haute du cycle PM, supposée voisine de la pression atmosphérique ; l'essentiel de l'azote est adsorbé par Zl, et une fraction du gaz restant pénètre dans Cl, sensiblement à la même pression haute PM.
Pendant toute cette phase (a), du gaz est soutiré de l'extrémité de sortie de Cl, et une fraction du gaz sortant de Zl est introduit à contre-courant dans l'adsorbeur Z2 de la ligne 2 qui est en cours de recompression (phase (c) décrite c#i-dessous). Ceci s'effectue via le collecteur 11, la vanne 12 et le collecteur 10. Le gaz sortant de
Cl est entièrement transféré à l'entrée de l'adsorbeur C2 ou C3 qui est en cours de recompression (phase (c) décrite ci-dessous), le transfert s'effectuant via la conduite 22-1.
(b) De T/3 à 2T/3, les adsorbeurs Z1 et Cl sont isolés l'un de l'autre et subissent chacun une phase de désorption par décompression à contre-courant jusqu'à une pression basse Pm (pour Z1) et P'm (pour C1).
Dans l'exemple représenté, PH est voisine de la pression atmosphérique, de sorte que cette phase fait intervenir pendant toute sa durée les pompes à vide 9 et 15 ainsi que les collecteurs 5 et 14. Le gaz extrait de l'adsorbeur Z1 est un gaz enrichi en azote. Le gaz extrait de l'adsorbeur Cl est de l'oxygène à pureté élevée constituant le gaz de production.
(c) De 2T/3 à T, une phase de recompression des deux adsorbeurs de Pm ou P'm à PM, les deux adsorbeurs étant isolés l'un de l'autre et ~évoluant séparément. L'adsorbeur Z1 est recomprimé à contre-courant par du gaz issu de l'adsorbeur Z3 de la ligne 3 en phase d'adsorption (a), tandis que l'adsorbeur Cl est recomprimé à co-courant par le gaz issu de .l'adsorbeur C3 de cette ligne 3 en phase d'adsorption (a).
Une fois cet adsorbeur Cl recomprimé jusqu'à PM, c'est-à-dire d'un instant t1 < T à l'instant T, le transfert du gaz de C3 à Cl est poursuivi, toujours à co-courant, avec soutirage par l'extrémité de sortie de Cl, via le collecteur 19, d'un gaz résiduaire dont la concentration relative argon sur oxygène est supérieure à celle de l'air.
En ce qui concerne Z1, sa pression croit constamment jusqu a atteindre PH à l'instant T.
La mise en série des adsorbeurs C de deux lignes, l'un en phase d'adsorption (a), l'autre en phase de recompression (c) à co-courant, permet de charger au maximun le premier de ces deux adsorbeurs en oxygène en transférant le front d'adsorption dans le second, seul le premier étant ensuite désorbé (phase (b)) pour fournir la production de l'installation tandis que le second passe en phase d'adsorption (a).
Dans le cycle tel que décrit ci-dessus et illustré par la figure 2, les pressions extrêmes de cycle sont
- pour la phase d'adsorption isobare (a) commune à Z1 et Cl, une pression haute PM légèrement supérieure à la pression atmosphérique, pour vaincre les pertes de charge à la traversée des deux lits d'adsorbant Z1 et Cl en série, et permettre la mise à l'air à la pression atmosphérique de l'autre lit C2 qui, étant en fin de phase (c), est associé également en série avec Zl et Cl
- pour la phase de désorption (b) séparée sur chaque adsorbeur Z1 et Cl, une pression finale obtenue par. pompage, et qui peut être différente sur chaque adsorbeur, par exemple Pm = 100 à 200 Torr sur l'adsorbeur-Z1 et P'm - 5C à 150 Torr sur l'adsorbeur Cl
- pour la phase de recompression (c) séparée sur chaque adsorbeur Z1 et Cl, la pression finale de recompression est PM voisine de la pression atmosphérique, et le soutirage en sortie de C1, de tl à T, s'effectue sensiblement à la pression atmosphérique
Ce même cycle peut évoluer entre deux pressions extrêmes différentes de celles mentionnées ci-dessus, par exemple
soit entre 1 et 2 bar pour la pression haute PM, et un vide relatif pour la pression basse sur chacun des deux adsorbeurs Z1 et Cl
- soit intégralement au-dessus de la pression atmosphérique, par exemple avec une pression haute PH de 3 à 5 bars pour la pression haute, et la pression atmosphérique pour la pression basse.
Le cycle peut également être mis en oeuvre avec des pressions isobares de la phase (a) différentes selon qu'il s'agisse de l'adsorbeur Z1 (pression PM) ou Cl (pression P'M), comme par exemple une pression haute de 3 à S bar sur l'adsorbeur Z1 et une pression un peu supérieure à la pression atmosphérique pour l'adsorbeur Cl. Les pressions basses Pm et
P'm sont alors adaptées aux pressions hautes retenues et peuvent être par exemple la pression atmosphérique sur l'adsorbeur Z1 et un vide relatif sur l'adsorbeur Cl. Bien entendu, on a toujours P'M < PM.
Il est à noter que les volumes de chacun des adsorbeurs d'une même ligne sont différents dans une proportion qui peut être très grande.
En effet, l'adsorbeur Z1 (TMZ) a pour fonction d'arrêter l'azote dont la concentration dans l'air est de 78%, tandis que l'adsorbeur Cl (TMC) ne traite que la fraction enrichie en oxygène et en argon produite en sortie de Z1, pour en extraire l'azote résiduel et l'argon, dont la concentration dans l'air n'est que de 0,93 Z.
Par ailleurs, comme le TMZ a également pour propriété d'adsorber l'humidité et les impuretés telles que le C02, on peut se passer d'une épuration préalable de l'air. Cependant, on peut éventuellement effectuer une telle épuration en disposant une charge d'alumine devant le TMZ de chaque adsorbeur Z1, Z2, Z3, par exemple sous la forme d'une couche d'alumine disposée dans la partie inférieure de chacun de ces adsorbeurs.
I1 est également à noter que le gaz soutiré en sortie des adsorbeurs Cl à C3 pendant la seconde partie de la phase (c) est un gaz enrichi en argon, qui constitue un sous-produit valorisable de l'installation.
Le cycle illustré à la figure 3 peut également être mis en oeuvre au moyen de l'installation de la figure 1 et fait intervenir le collecteur 17 et la vanne 18. il comporte les mêmes phases que précédemment (figure 2), avec toutefois les différences suivantes
(1) La phase d'adsorption sur les deux adsorbeurs se décompose en deux étapes successives
(a') De t10 à t2 < T/3, une étape d'adsorption isobare simultanée à co-courant à la pression haute PM sur les deux adsorbeurs en série, avec soutirage de gaz en sortie de Cl et prélèvement d'une fraction de gaz en sortie de Z1 comme décrit par la phase (a) du cycle de la figure 2 : le gaz issu de Cl sert à la recompression à co-courant de î'adsorbeur
C2 en phase (c) > et le gaz prélevé en sortie-de Z1 sert au début de la recompression à contre-courant d'un adsorbeur Z2 en phase (c).
(a") Une seconde étape d'adsorption isobare simultanée à co-courant à la même pression PH, les deux adsorbeurs Z1 et Cl étant isolés l'un de l'autre, cette étape comportant
pour l'adsorbeur Cl, l'admission par l'extrémité d'entrée de
Cl d'un gaz de purge, avec soutirage de gaz par l'extrémité de sortie de Cl. Le gaz de purge est constitué d'une partie du gaz de production extrait de l'adsorbeur C3 qui est en phase de désorption (b). Le gaz soutiré de Cl est entièrement transféré à l'entrée de l'adsorbeur C2 en phase (c)
pour l'adsorbeur Z1, la poursuite de l'admission d'air à l'extrémité d'entrée de Z1, avec soutirage de gaz par l'extrémité de sortie de Z1. Le gaz ainsi soutiré de l'adsorbeur Z1 au cours de cette étape (a") est entièrement transféré à la sortie de l'adsorbeur Z2 qui est en phase (c), pour en achever la recompression à contre-courant.
(2) La phase de désorption s'effectue comme décrit plus haut sous (b) en regard de la figure 2, à ceci près que le gaz extrait de l'adsorbeur Cl est utilisé en partie pour assurer la production en oxygène pur, et en partie comme gaz de purge renvoyé à l'entrée de l'adsorbeur C2 en phase d'adsorption (a").
(3) La phase de recompression s'effectue essentiellement comme décrit plus haut sous (c) en regard de la figure 2
- pour l'adsorbeur Z1, à contre-courant au moyen du gaz prélevé en sortie de l'adsorbeur Z3 en phase d'adsorption au cours des étapes successives (a') et (a") ;
- pour l'adsorbeur C1, à co-courant par la totalité du gaz issu de l'adsorbeur C3 en phase d'adsorption au cours des étapes successives (a') et (a"), et avec soutirage par l'extrémité de sortie de Cl une fois cet adsorbeur recomprimé à la pression haute PN.
Les conditions de fonctionnement (durée de cycle et pressions) sont les mêmes pour ce cycle que celles mentionnées pour celui de la figure 2. L'effet de la purge (a2) de Cl est d'augmenter la pureté de l'oxygène produit, au prix d'une dépense supplémentaire d'énergie.
Les figures 4 et 5 illustrent deux variantes du cycle, la figure 4 étant relative au second adsorbeur (T.M.C.) tandis que la figure 5 est relative au premier adsorbeur (T.H.Z.). Ces deux variantes sont applicables l'une et/ou l'autre à l'un ou l'autre des deux cycles décrits en regard des figures 2 et 3. Dans les exemples des figures 4 et 5, ces variantes ont été appliquées au cycle de la figure 2, mais elles sont aisément transposables au cycle de la figure 3.
La variante de la figure 4 affecte uniquement les adsorbeurs du type T.M.C. Elle consiste à insérer dans le cycle une étape complémentaire d'équilibrage de pressions de courte durée (de l'ordre de quelques secondes), effectuée entre l'adsorbeur Cl d'une ligne qui a terminé sa phase d'adsorption et qui, avant de subir la phase de désorption, est décomprimé simultanément à co-courant et à contre-courant, et l'adsorbeur C3 qui a terminé sa phase de désorption, et qui est recomprimé partiellement et simultanément à co-courant et à contre-courant par l'étape d'équilibrage. Le sens de transfert du gaz est de la sortie de Cl vers celle de C3 et de l'entrée de Cl vers celle de
C3.Pour Cl, l'équilibrage a lieu de t3 < T/3 à T/3, et pour C3, de t4 < 2T/3 à 2T/3, avec T/3-t3 = 2Ti3 - t4. En fin d'équilibrage, les deux adsorbeurs concernés sont à la meme pression P'E.
La figure 5 illustre une autre variante qui affecte uniquement les adsorbeurs de type T.M.Z. Elle consiste à insérer dans le cycle une étape complémentaire d'équilibrage de pressions entre l'adsorbeur Z1 d'une ligne qui a terminé sa phase d'adsorption et qui, avant de subir la phase de désorption, est décomprimé à co-courant, et l'adsorbeur Z d'une autre ligne qui a terminé sa phase de désorption et qui est recomprimé partiellement à contre-courant par l'étape d'équilibrage. Pour ZI, l'équilibrage a lieu de T/3 à t5, et pour l'autre adsorbeur Z, de 2T/3 à t6, avec t6-2T/3 = t5 - T/3. En fin d'équilibrage, les deux adsorbeurs concernés sont à la même pression PE.
Sur la figure 4, on a supposé que le cycle évolue entre une pression haute PM supérieure à la pression atmosphérique et une pression basse P'm égale à cette dernière. Après ltéquilibrage, la désorption de
Cl s'effectue donc par simple mise à l'air.
Par contre, sur la figure 5, on 2 supposé que PE est égale à la pression atmosphérique. La désorption de Z1 s'effectue donc par pompage sous dépression.
La figure 6 illustre un cycle complet combinant les variantes des figures 4 et 5, dans le cas où les pressions basses Pm et P'm sont toutes deux égales à la pression atmosphérique PA. Dans ce cas, pour Z1, la désorption comprend une première étape de décompression à contre-courant, de t5 à t7 et de PE à PA, suivie d'une étape d'élution isobare à contre-courant à PAs de t7 à 21/3, au moyen d'une fraction de gaz issu d'un autre adsorbeur Z en phase d'adsorption et avec soutirage par l'entrée de Z1.
La description de l'installation de la figure 1 permet de comprendre facilement- comment les différents organes (vannes, pompes à vide) doivent être manoeuvrés pour mettre en oeuvre les procédés des figures 2 et 3, et l'homme de métier comprendra aisément comment cette installation et les manoeuvres doivent autre modifiées pour mettre en oeuvre les variantes des figures 4 à 6, et également que tous les cycles décrits ci-dessus pour l'adsorbeur Z1 et pour l'adsorbeur Cl peuvent se combiner entre eux.
La figure 7 illustre de fanon analogue à la figure 2 la mise en oeuvre d'un procédé suivant l'invention au moyen d'une installation à quatre lignes d'adsorption Cl, Z1 à C4, Z4. L'homme de métier comprendra aisément comment cette installation se déduit de celle de la figure 1.
Le cycle décrit ci-dessous est décalé d'une ligne à l'autre d'une durée T/4, où T désigne la durée du cycle.
Comme dans l'exemple de la figure 3, la phase d'adsorption (a) se décompose en deux étapes successives
(a') De t=O à T/4, une étape d'adsorption isobare simultanée à co-courant à la pression haute PH sur les deux adsorbeurs Z1, Cl d'une même ligne branchés en série, avec soutirage de gaz en sortie de Cl et prélèvement d'une fraction de gaz en sortie de Z1. Le gaz issu de Cl sert à la recompression à co-courant de C2 qui est en phase (c), tandis que le gaz prélevé en sortie de Z1 sert à terminer la recompression de Z2 en phase (c). A la différence de la figure 3, le gaz d'alimentation a l'entrée de Z1 n'est plus l'air à traiter, mais l'effluent soutiré à co-courant de l'adsorbeur Z4 qui est en étape d'adsorption (a").
(a") De T/4 à 2T/4, une seconde étape d'adsorption isobare simultanée à co-courant, à la même pression PH, les deux. adsorbeurs Il et
Cl étant isolés l'un de l'autre, cette étape comportant
pour l'adsorbeur Zl, l'admission d'air à l'extrémité d'entrée de Z1 avec soutirage de gaz par l'extrémité de sortie de Z1, le gaz ainsi soutiré étant entièrement transféré à l'entrée de l'adsorbeur Z2 qui est en étape d'adsorption (a')
pour l'adsorbeur Cl, l'admission par l'extrémité d'entrée de
Cl d'un gaz de purge avec soutirage de gaz par l'extrémité de sortie de
Cl.Le gaz de purge est constitué d'une partie du gaz de production extrait de l'adsorbeur C4 en phase de désorption (b), et le gaz soutiré de Cl est entièrement transféré à l'entrée de l'adsorbeur C3 en phase (c).
La phase de désorption (b) s'effectue
pour l'adsorbeur Cl, de 2T/4 à 3T/4, et comme décrit plus haut en regard de la figure 3 ;
pour l'adsorbeur Zl, de t5 à 3T/4, mais comme décrit plus haut en regard de la figure 5, avec insertion dans le cycle d'une étape complémentaire d'équilibrage de pressions, à ceci près que la recompression partielle de l'adsorbeur au cours de cette étape s'effectue à co-courant. Cette étape d'équilibrage se traduit pour l'adsorbeur Z1 par une décompression à co-courant de 2T/4 à t5 par équilibrage avec Z4 et par une recompression partielle à co-courant de 3T/4 à t6' par équilibrage avec Z2.
La phase de recompression (c) s'effectue
pour l'adsorbeur Cl, de 3T/4 à T et å co-courant, simultanément à l'aide des gaz issus de deux autres adsorbeurs C dont l'un, C4, est en première étape d'adsorption (a') et l'autre, C3, en seconde étape d'adsorption (a"), et avec soutirage par l'extrémité de sortie de Cl lorsque la pression PH est atteinte ;
pour l'adsorbeur Z1, de t6 à Ta à contre-courant par du gaz prélevé en sortie de l'adsorbeur Z4 qui est en première étape d'adsorption (a').
L'adjonction d'une quatrième ligne d'adsorbeurs dans un cycle tel que celui de la figure 7, où lasphase d'adsorption est décomposée en deux étapes comme dans le cycle de la figure 3 avec seulement trois lignes d'adsorbeurs, rend possible d'effectuer en continu le traitement de l'air à séparer par circulation isobare à travers trois adsorbeurs en série, dsnt deux sont de type Z, l'un étant en étape -d'adsorption (a") et étant alimenté par de l'air, et l'autre étant en étape d'adsorp#tion (a'), le troisième étant un adsorbeur de type C en étape d'adsorpton < a').
Cette disposition permet de transférer le front d'adsorption d'azote de l'adsorbeur Z qui est en étape d'adsorption (a") vers l'adsorbeur Z qui est en étape d'adsorption (a'), et de le maintenir dans cet adsorbeur, ce qui a pour conséquence de mieux charger en azote l'adsorbeur Z qui est en étape (a") avant de le régénérer dans la phase de désorption (b) et de ne pas dégrader la qualité du gaz soutiré de l'adsorbeur Z qui est en étape (a'). On améliore ainsi le rendement d'extraction en oxygènetdu gaz extrait d'un adsorbeur Z pour etre traité sur un adsorbeur C et la qualité de l'oxygène qui sera produit par désorption des adsorbeurs C.
On comprendra que les variantes de cycle décrites plus haut (équilibrage sur Cl, absence d'équilibrage sur Z1, paramètres du cycle) s'appliquent également au cycle de la figure 7.
De façon générale, les pressions hautes PH et P'M peuvent etre comprises entre un bar et quelques bars, et les pressions basses du cycle (Pm et P'm) entre 1 bar et un vide partiel de quelques dizaines de millibars. La pression la plus basse est atteinte préférentiellement sur les adsorbeurs chargés de RIC.
L'invention peut également s'appliquer au fractionnement d'autres mélanges gazeux à au moins trois constituants, par exemple aux opérations suivantes
(1) Production de CO très enrichi à partir de mélanges gazeux contenant C02, CO, N2, 02 > H2, tels les gaz d'aciéries suivants - les gaz de convertisseur, par exemple de composition moyenne suivante
co, (3 à 20Z), CO (60 à 87%), N2 (3 à 20%), H2 (1 à 10%).
- les gaz de haut-fourneau, par exemple de composition moyenne suivante
co, (20 à 30Z), CO (20 à 30%), N2 (40 à 60Z), H2 (1 à 10%).
Les adsorbants à utiliser préférentiellement dans ce cas, sont - pour le premier adsorbeur de chaque ligne, un charbon actif dont le rôle sera d'arrêter le CO2 - pour le second adsorbeur de chaque ligne, un tamis moléculaire zéolitique dont le rôle sera de concentrer le CO en le séparant des constituants moins adsorbables que sont N2 et H2, le CO étant récupéré très enrichi, comme produit de désorption.
(2) Production de CH4 très enrichi à partir de mélanges gazeux contenant par exemple CO2, CH4, N2, tels les gaz de décharge, produits de fermentation ou résiduaires organiques, qui contiennent en outre quelques impuretés secondaires, comme NH3 et des composés soufrés.
Après éventuellement un traitement préalable pour -éliminer les impuretés secondaires, une composition type de cette sorte de gaz est par exemple
C02 30 à 502
~ 2 < 2%
N2 < 8%
H2 < 32
CH4 40 à 60%
Pour l'application du procédé, on utilise préférentiellement : - pour le premier adsorbeur de chaque ligne, un charbon actif qui concentre le CO2. Le C02 est récupéré enrichi par désorption de cet adsorbant et peu constituer un premier produit de la séparation ; - pour le second adsorbeur de chaque ligne, un tamis moléculaire, ou également un charbon actif, qui concentre le CH4 en le séparant des constituants moins adsorbables que sont N2 02 et H2, le CH4 étant récupéré très enrichi, comme produit de désorption de cet adsorbeur.

Claims (14)

REVENDICATIONS
1. Procédé de production à l'état enrichi d'un premier constituant d'un mélange gazeux contenant un second et un troisième constituants, par adsorption à variation de pression (PSA), caractérisé en ce qu'il met en oeuvre trois lignes d'adsorption (1,2,3) constituées chacune de deux adsorbeurs différents (Z1, C1,...) pouvant etre soit isolés l'un de l'autre soit branchés en série avec la sortie du premier adsorbeur, vis-à-vis de la phase d'adsorption, reliée à 11 entrée du second adsorbeur, vis-à-vis de cette meme phase, dont un premier adsorbeur (Zl à Z3) contenant un adsorbant qui adsorbe préférentiellement ledit second constituant, et un second adsorbeur (C1 à C3) contenant un adsorbant qui adsorbe préférentiellement ledit premier constituant par rapport audit troisième constituant, et en ce que l'on#met en oeuvre le meme cycle suivant sur chaque ligne (1,2,3), le cycle étant décalé d'une ligne à l'autre d'une durée T/3, où T désigne la durée du cycle (a) une phase d#adsorption isobare simultanée dans un sens dit co-courant sur les deux adsorbeurs (Zl, Cl,...) de la ligne, par admission du mélange à l'entrée du premier adsorbeur (Z1,...) et soutirage d'un courant gazeux par la sortie du second adsorbeur (Cl,...), les deux adsorbeurs étant branchés en série pendant au moins une première partie de cette phase (b) les deux adsorbeurs étant isolés l'un de l'autre, une phase comprenant
(bol) pour le premier adsorbeur (Z1,...), une désorption à contre-courant par décompression et/ou mise sous vide et/ou élution, et
. (b2) pour le second adsorbeur (C1,...), une désorption à contre-courant par décompression et/ou mise sous vide, une partie au moins du gaz de désorption constituant la production de 11 installation ;; (c) les deux adsorbeurs étant isolés l'un de l'autre, une phase comprenant
(cl) pour le premier adsorbeur (Zl,...), une recompression à contre-courant au moyen de gaz issu du premier adsorbeur d'une autre ligne en phase d'adsorption (a), et
(c2) pour le second adsorbeur (C1,...), une recompression au moyen de gaz issu du second adsorbeur d'une autre ligne en phase d'adsorption (a).
2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la recompression (c2) du second adsorbeur (C1,...) s'effectue à co-courant, cette recompression comportant un transfert du front d'adsorption dans ce second adsorbeur.
3. Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce que pendant la phase (c2), la totalité du gaz issu dudit second adsorbeur d'une autre ligne en phase d'adsorption (a) est envoyé à l'entrée du second adsorbeur (C1,...) en cours de recompression, et en ce que, pendant au moins une partie de la phase (c2) de recompression, on effectue un soutirage par la sortie de ce dernier adsorbeur (C1,...).
4. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la désorption (bl) du premier adsorbeur comprend une étape finale d'élution à contre-courant au moyen de gaz issu du premier adsorbeur d'une autre ligne en phase d'adsorption (a).
5. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la phase d'adsorption (a) comprend, dans sa partie finale, une étape de purge au cours de laquelle, les deux adsorbeurs (Zl,Cl,...) étant isolés l'un de l'autre, on purge à co-courant le second adsorbeur (C1,...) au moyen d'une fraction du gaz issu du second adsorbeur d'une autre ligne en cours de désorption (b2), le gaz issu du second adsorbeur (C1,...) en cours de purge étant envoyé à l'entrée du second adsorbeur de la troisième ligne, en cours de recompression (c2).
6. Procédé suivant la revendication 5, caractérisé en ce que, pendant l'étape de purge, on continue à alimenter le premier adsorbeur (Z1,...) avec du mélange gazeux à traiter, la totalité du gaz issu de cet adsorbeur (Z1,...) étant envoyé à contre-courant soit dans le premier adsorbeur d'une autre ligne en fin de recompression (cl), soit partie dans le premier adsorbeur d'une autre ligne en fin de recompression (cl), et partie dans le premier adsorbeur de la troisième ligne pour réaliser la fin de la désorption (bl) de ce dernier par élution.
7. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le cycle comprend pour le premier adsorbeur (Z1,...), entre la phase d'adsorption (a) et la phase de désorption (bol), une étape de décompression partielle à co-courant, et, entre la phase de désorption (bl) et la phase de recompression (cl), une étape de recompression partielle, ces deux étapes étant réalisées par équilibrage de pressions entre ledit premier adsorbeur en étape de décompression partielle et un autre premier adsorbeur en étape de recompression partielle.
8. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le cycle comprend pour le second adeorbeur (C1,...), entre la phase d'adsorption (a) et la phase de désorption (b2), une étape de décompression partielle, et, entre la phase de désorption (b2) et la phase de recompression (c2), une étape de recompression partielle, ces deux étapes étant réalisées par équilibrage de pressions entre ledit second adsorbeur en étape de décompression partielle et un autre second adsorbeur en étape de recompression partielle.
S. Procédé suivant la revendication 8, caractérisé en ce que l'équilibrage a lieu simultanément à contre-courant et à co-courant pour les deux seconds adsorbeurs concernés.
10. Procédé de production à l'état enrichi d'un premier constituant d'un mélange gazeux contenant un second et un troisième constituants, par adsorption à variation de pression (PSA), caractérisé en ce qu~til met en oeuvre quatre lignes d'adsorption constituées chacune de deux adsorbeurs différents (Z1, C1,...) pouvant être soit isolés l'un de l'autre soit branchés en série avec la sortie du premier adsorbeur, vis-à-vis de la phase d'adsorption, reliée à l'entrée du second adsorbeur, vis-à-vis de cette meme phase, dont un premier adsorbeur (Zl à Z4) contenant un adsorbant qui adsorbe préférentiellement ledit second constituant, et un second adsorbeur (C1 à C4) contenant un adsorbant qui adsorbe préférentiellement ledit premier constituant par rapport audit troisième constituant, et en ce que l'on met en oeuvre le meme cycle suivant sur chaque ligne, le cycle étant décalé d'une ligne à l'autre d'une durée T/4, où T désigne la durée du cycle (a') une première phase d'adsorption isobare simultanée dans un sens dit co-courant sur les deux adsorbeurs (Zl,Cl,...) de la ligne branchés en série, par admission à l'entrée du premier adsorbeur (Z1,...) du gaz soutiré de la sortie du premier adsorbeur d'une autre ligne en phase (a") décrite ci-dessous, et soutirage d'un courant gazeux par la sortie du second adsorbeur (Cl,...) ; ; (a") une seconde phase d'adsorption simultanée à co-courant pendant laquelle, les deux adsorbeurs (Z1,C1,...) étant isolés l'un de l'autre ,d'une part, on admet le mélange à traiter à #'entrée du premier adsorbeur (Z1,...) on soutire du gaz par la sortie de cet adsorbeur, et on l'envoie à l'entrée du premier adsorbeur d'une autre ligne en phase (a') ; et d'autre part, on purge à co-courant le second adsorbeur (C1,...) au moyen d'une fraction du gaz issu du second adsorbeur d'une autre ligne en phase de désorption (b2) décrite ci-dessous (b) les deux adsorbeurs étant isolés l'un de l'autre, une phase comprenant
(bol) pour le premier adsorbeur (Z1,...), une désorption à contre-courant par décompression et/ou mise sous vide et/ou élution, et
. (b2) pour le second adsorbeur (C1,...), une désorption à contre-courant par décompression et/ou mise sous vide, une partie du gaz
de désorption constituant la production de l'installation (c) les deux adsorbeurs étant isolés l'un de l'autre, une phase comprenant
(cl) pour le premier adsorbeur (Z1,...), une recompression à contre-courant au moyen de gaz issu du premier adsorbeur d'une autre ligne en phase d'adsorption (a'), et
. (c2) pour le second adsorbeur (C1,...), une recompression au moyen de gaz issu du second adsorbeur de deux autres lignes en phases (a') et (a) respectivement.
11. Procédé suivant la revendication 10, caractérisé en ce que la recompression (c2) du second adsorbeur (Cl,...) s'effectue à co-courant, cette recompression comportant un transfert du front d'adsorption dans ce second adsorbeur.
12. Procédé suivant la revendication 11, caractérisé en ce que pendant la phase (c2), la totalité du gaz issu dudit second adsorbeur d'une autre ligne en phase d'adsorption (a') ou (a") est envoyé à l'entrée du second adsorbeur (C1,...) en cours de recompression, et en ce que, pendant au moins une partie de la phase (c2) de recompression, on effectue un soutirage par la sortie de ce dernier adsorbeur (Cl,...).
13. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 13 à 15, caractérisé en ce que le cycle comprend pour le premier adsorbeur (Z1,...), entre la seconde phase d'adsorption (a") et la phase de désorption (bl), une étape de décompression partielle à co-courant, et, entre la phase de désorption (bl) et la phase de recompression (cl), une étape de recompression partielle à co-courant, ces deux étapes étant réalisées par équilibrage de pressions entre ledit premier adsorbeur en étape de décompression partielle et un autre premier adsorbeur en étape de recompression partielle.
14. Procédé suivant 1'une quelconque des revendications 1 à 13, pour la production d'oxygène à pureté élevée à partir d'un mélange constitué essentiellement d'oxygène, d'azote et d'argon à titre de premier, second et troisième constituants respectivement, caractérisé en ce que le premier adsorbeur (Z1,...) contient du tamis moléculaire zéolitique (TMZ) tandis que le second adsorbeur (C1,...) contient du tamis moléculaire carboné (TMG).
15. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 13, pour la production de CO très enrichi à partir d'un mélange gazeux contenant du CO, du C02 et de l'azote à titre de premier, second et troisième constituants respectivement, caractérisé en ce que le premier adsorbeur (xi,...) contient du charbon actif tandis que le second adsorbeur (Cl,...) contient du tamis moléculaire zéolitique (TMZ).
16. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 13, pour la production de CH4 très enrichi à partir d'un mélange gazeux contenant du CE4, du C02 et de l'azote à titre de premier, second et troisième constituants respectivement, caractérisé en ce que le premier adsorbeur (xi,...) contient du charbon actif tandis que le second adsorbeur (C1,...) contient du tamis moléculaire zéolitique (TMZ) ou du charbon actif.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0693309A1 (fr) 1994-07-18 1996-01-24 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Procédé de séparation d'azote d'un mélange gazeux par adsorption
US5738709A (en) * 1996-12-20 1998-04-14 Air Products And Chemicals, Inc. Nitrogen PSA with intermediate pressure transfer

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03205305A (ja) * 1990-01-06 1991-09-06 Mitsui Toatsu Chem Inc 酸素の回収方法
EP4137451A4 (fr) * 2020-04-14 2024-01-17 Chengdu Yingchen Tech Co Ltd Méthode de dispositif de production d'oxygène par adsorption modulée en pression mobile

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2855626A1 (de) * 1977-12-28 1979-07-05 Boc Ltd Verfahren zum heraustrennen von sauerstoff aus einem sauerstoff, stickstoff und argon enthaltenden gasgemisch
EP0066869A2 (fr) * 1981-06-06 1982-12-15 Bergwerksverband GmbH Procédé pour séparer des mélanges gazeux par la technique de la pression alternée
EP0129444A2 (fr) * 1983-06-20 1984-12-27 Kawasaki Steel Corporation Procédé pour l'obtention d'oxyde de carbone à haute pureté

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2855626A1 (de) * 1977-12-28 1979-07-05 Boc Ltd Verfahren zum heraustrennen von sauerstoff aus einem sauerstoff, stickstoff und argon enthaltenden gasgemisch
EP0066869A2 (fr) * 1981-06-06 1982-12-15 Bergwerksverband GmbH Procédé pour séparer des mélanges gazeux par la technique de la pression alternée
EP0129444A2 (fr) * 1983-06-20 1984-12-27 Kawasaki Steel Corporation Procédé pour l'obtention d'oxyde de carbone à haute pureté

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0693309A1 (fr) 1994-07-18 1996-01-24 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Procédé de séparation d'azote d'un mélange gazeux par adsorption
US5738709A (en) * 1996-12-20 1998-04-14 Air Products And Chemicals, Inc. Nitrogen PSA with intermediate pressure transfer

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