FR2888516A1 - GAS RECYCLING SYSTEM WITH HIGH THERMAL PERFORMANCE - Google Patents
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Abstract
Un équipement de recyclage de gaz ou mélanges de gaz à haute performance thermique en provenance d'une installation utilisatrice utilisant de tels gaz ou mélanges de gaz, comprenant les éléments suivants :i) un premier gazomètre apte à récupérer tout ou partie du gaz ou mélange de gaz de l'installation utilisatrice;j) un compresseur, apte à comprimer du gaz du premier gazomètre jusqu'à un niveau de pression suffisant pour l'opération d'un séparateur membranaire situé en aval du compresseur;k) un séparateur membranaire apte à séparer le gaz issu du compresseur afin d'obtenir du coté perméat du séparateur un mélange gazeux riche en ledit gaz ou mélange de gaz à haute performance thermique;1) un second gazomètre apte à stocker ledit mélange gazeux obtenu coté perméat;m) une capacité de stockage à haute pression apte à stocker du gaz issu du second gazomètre après pressurisation de celui-ci par ledit compresseur et à alimenter l'installation utilisatrice en gaz quand l'installation utilisatrice le nécessite.Equipment for recycling gas or gas mixtures with a high thermal performance from a user installation using such gases or gas mixtures, comprising the following elements: i) a first gasometer capable of recovering all or part of the gas or mixture of the user installation, j) a compressor, able to compress the gas of the first gasometer to a pressure level sufficient for the operation of a membrane separator situated downstream of the compressor, k) a suitable membrane separator separating the gas coming from the compressor in order to obtain, on the permeate side of the separator, a gaseous mixture rich in said gas or gas mixture with high thermal performance; 1) a second gasometer capable of storing said gaseous mixture obtained on the permeate side; high pressure storage capacity capable of storing gas from the second gasometer after pressurization thereof by said compressor and supplying the user installation gas when the user installation requires it.
Description
La présente invention concerne un système de recyclage de gaz à hauteThe present invention relates to a high-pressure gas recycling system
performance thermique tel que l'hélium. thermal performance such as helium.
L'industrie automobile par exemple développe de plus en plus de systèmes de climatisation pour répondre à la demande de confort de ses clients. Ces systèmes intègrent en général un dessiccateur pour éliminer l'humidité de l'air, un compresseur, un évaporateur de fluide réfrigérant et un condenseur. En terme de qualification finale, les différents composants peuvent être testés par détection de fuites à l'hélium. Généralement, elle consiste à pressuriser le composant testé avec de l'hélium (dont la pureté est généralement supérieure à 97 %) à une pression comprise entre 10 et 20 bar et de le placer dans une enceinte sous vide relié à un détecteur de fuites pour déceler d'éventuels défauts d'étanchéité. Une fois le contrôle terminé, l'hélium est rejeté à l'atmosphère. The automotive industry for example is developing more and more air conditioning systems to meet the demand for comfort of its customers. These systems generally include a desiccator to remove moisture from the air, a compressor, a coolant evaporator and a condenser. In terms of final qualification, the various components can be tested by detection of helium leaks. Generally, it consists in pressurizing the tested component with helium (whose purity is generally greater than 97%) at a pressure of between 10 and 20 bar and placing it in a vacuum chamber connected to a leak detector for detect any leaks. Once the control is complete, the helium is released to the atmosphere.
Afin de diminuer le coût économique de cette étape, des mélanges azote/hélium sont souvent utilisés avec, dans la pratique, soit la commande d'un mélange soit la réalisation du mélange in-situ avec des précisions de l'ordre du %. In order to reduce the economic cost of this step, nitrogen / helium mixtures are often used with, in practice, the control of a mixture or the realization of the in-situ mixture with accuracies of the order of the%.
Pour limiter l'impact économique du coût lié à la consommation d'hélium et pour pouvoir simplifier la logistique en proposant le remplacement des mélanges d'hélium par de l'hélium pur (> 95 %), il serait avantageux de pouvoir mettre en place sur de telles applications un système de recyclage d'hélium. Une telle solution supposerait au minimum la récupération de l'hélium rejeté, sa purification ou la dilution des impuretés qu'il contient et sa re-compression. La qualité de l'hélium recyclé doit pouvoir être mesurée à tout moment. To limit the economic impact of the cost associated with helium consumption and to simplify logistics by proposing the replacement of helium mixtures with pure helium (> 95%), it would be advantageous to be able to put in place on such applications a helium recycling system. Such a solution would involve at a minimum the recovery of the rejected helium, its purification or the dilution of the impurities it contains and its re-compression. The quality of recycled helium must be measurable at all times.
Le recyclage de l'hélium pour la détection de fuites ne soulève pas de problèmes technologiques particuliers. Ainsi, des systèmes dits pointof-use ont été proposés par différentes sociétés (telles Alcatel, Syrius, VIC). Ils comprennent un gazomètre pour la récupération de l'hélium et un compresseur. Le gazomètre permet de prendre en considération l'aspect batch ou lot i.e composant par composant du test de qualification, et de stocker l'hélium jusqu'à l'obtention d'une quantité suffisante pour être à nouveau comprimé. L'hélium récupéré n'étant pas purifié , ces systèmes sont associés à des tests qui nécessitent la mise sous vide du composant avant sa compression en hélium afin de ne pas le mélanger avec de l'air et maintenir sa pureté. The recycling of helium for the detection of leaks does not raise any particular technological problems. Thus, so-called pointof-use systems have been proposed by different companies (such as Alcatel, Syrius, VIC). They include a gasometer for the recovery of helium and a compressor. The gasometer makes it possible to take into consideration the batch or batch aspect i.e component by component of the qualification test, and to store the helium until a sufficient quantity to be compressed again. Since the recovered helium is not purified, these systems are associated with tests that require the component to be evacuated before being compressed into helium so as not to mix it with air and maintain its purity.
On peut avantageusement adjoindre des systèmes de purification tels qu'un PSA ou une séparation par membrane pour éviter cette étape de mise sous vide. En effet, on peut considérer que le mélange à recycler comprend environ 5 à 10 % d'air ou d'azote mélangé à l'hélium compte tenu des pressions de test utilisées. It is advantageous to add purification systems such as PSA or membrane separation to avoid this vacuuming step. Indeed, it can be considered that the mixture to be recycled comprises about 5 to 10% air or nitrogen mixed with helium given the test pressures used.
Le PSA permet de réaliser efficacement une telle purification. Il présente l'avantage de disposer de l'hélium en sortie d'épuration à une pression supérieure à la pression de travail (pression du compresseur moins la perte de charges du PSA) mais sa mise en oeuvre nécessite deux réservoirs d'adsorbants - l'un étant en mode de purification pendant que l'autre est en régénération - et demande une certaine stabilité dans le temps de la composition du mélange à l'entrée du PSA. En outre, la régénération peut consommer une quantité d'hélium non négligeable. Pour résoudre ce problème, le document WO2003/011434 propose par exemple un système complexe de retraitement de cet hélium consommé par la régénération. PSA makes it possible to efficiently perform such purification. It has the advantage of having the helium at the outlet of purification at a pressure higher than the working pressure (compressor pressure minus the loss of PSA charges) but its implementation requires two reservoirs of adsorbents. one being in purification mode while the other is in regeneration - and requires some stability in the time of the composition of the mixture at the inlet of the PSA. In addition, the regeneration can consume a significant amount of helium. To solve this problem, the document WO2003 / 011434 proposes for example a complex system for reprocessing this helium consumed by the regeneration.
La séparation par membrane est aussi une solution bien adaptée compte tenu des pressions mises en jeu et de la composition du mélange à séparer. Cependant, l'hélium diffusant du côté du perméat, la pression d'hélium en sortie de la membrane est de l'ordre de la pression atmosphérique ou tout au mieux de quelques bars. Le recyclage de l'hélium nécessite donc une étape de compression en aval de la membrane pour atteindre la pression d'utilisation. Cela suppose la mise en oeuvre d'un second compresseur, ce qui représente un surcoût d'investissement d'au moins 30 % et aussi d'exploitation pour sa maintenance, supprimant ainsi l'avantage économique de la séparation par membrane. Membrane separation is also a well-adapted solution taking into account the pressures involved and the composition of the mixture to be separated. However, helium diffusing on the permeate side, the helium pressure at the outlet of the membrane is of the order of atmospheric pressure or at best a few bars. The recycling of helium therefore requires a compression step downstream of the membrane to reach the operating pressure. This implies the implementation of a second compressor, which represents an additional investment cost of at least 30% and also operating for its maintenance, thus eliminating the economic advantage of membrane separation.
Comme on le verra plus en détails ci-après, on propose selon la présente invention une solution de recyclage d'hélium (ou d'autres gaz ou mélanges de gaz à haute performance thermique) utilisant la séparation membranaire et ne nécessitant pas la mise en oeuvre d'un second compresseur. Outre la réduction de l'investissement, l'utilisation d'un seul compresseur permet de réduire les coûts de maintenance. As will be seen in more detail below, it is proposed according to the present invention a solution for recycling helium (or other gas or gas mixtures with high thermal performance) using the membrane separation and not requiring the implementation. work of a second compressor. In addition to reducing the investment, the use of a single compressor reduces maintenance costs.
La présente invention concerne alors un procédé de recyclage de gaz ou mélanges de gaz à haute performance thermique en provenance d'une installation utilisatrice utilisant de tels gaz ou mélanges de gaz, comprenant les étapes suivantes: a) on récupère tout ou partie du gaz ou mélange de gaz de l'installation utilisatrice pour le diriger vers un premier gazomètre; b) on extrait du gaz du premier gazomètre, que l'on comprime grâce à un compresseur jusqu'à un niveau de pression suffisant pour l'opération d'un séparateur membranaire situé en aval du compresseur; c) on sépare le gaz ou mélange de gaz ainsi comprimé dans ledit séparateur membranaire afin d'obtenir du coté perméat du séparateur un mélange gazeux riche en ledit gaz ou mélange de gaz à haute performance thermique; d) on dirige le dit mélange gazeux obtenu coté perméat dans un second gazomètre; e) lorsque le premier gazomètre a été vidé lors de l'étape b), on met en oeuvre le compresseur pour pressuriser le mélange gazeux contenu dans le second gazomètre, et diriger le mélange ainsi pressurisé vers une capacité de stockage à haute pression; f) on alimente l'installation utilisatrice en gaz à partir de la capacité de stockage à haute pression quand l'installation utilisatrice le nécessite. The present invention thus relates to a process for recycling gas or gas mixtures with a high thermal performance from a user installation using such gases or gas mixtures, comprising the following steps: a) recovering all or part of the gas or mixing the user facility with gas to direct it to a first gasometer; b) extracting gas from the first gasometer, which is compressed by a compressor to a pressure level sufficient for the operation of a membrane separator located downstream of the compressor; c) separating the gas or gas mixture thus compressed in said membrane separator in order to obtain on the permeate side of the separator a gaseous mixture rich in said gas or gas mixture with high thermal performance; d) directing said gaseous mixture obtained permeate side in a second gasometer; e) when the first gasometer has been emptied in step b), the compressor is used to pressurize the gaseous mixture contained in the second gasometer, and direct the mixture thus pressurized to a high pressure storage capacity; f) the gas user facility is supplied from the high pressure storage capacity when the user installation requires it.
Dans des modes de réalisation préférés de l'invention, on peut éventuellement avoir recours en outre à l'une ou plusieurs combinées des dispositions suivantes: - durant l'étape b), le gaz comprimé grâce au compresseur est stocké provisoirement dans une capacité tampon intermédiaire, avant d'être dirigé vers le séparateur membranaire. In preferred embodiments of the invention, one or more combinations of the following provisions may also be used: in step b), the gas compressed by the compressor is stored temporarily in a buffer capacity intermediate, before being directed to the membrane separator.
- le gaz en provenance du second gazomètre subit, avant d'être dirigé vers le compresseur, une étape d'analyse, et selon le résultat de l'analyse, est dirigé vers le compresseur puis de là vers ladite capacité de stockage à haute pression ou bien subit au moins un autre passage dans la bouche comprenant le compresseur, le cas échéant la capacité tampon, le séparateur membranaire, le second gazomètre, avant qu'une analyse ne le déclare apte à rejoindre la capacité haute-pression et à alimenter ainsi l'installation utilisatrice. the gas coming from the second gasometer undergoes, before being directed towards the compressor, an analysis step, and according to the result of the analysis, is directed towards the compressor then from there to said high pressure storage capacity or else undergoes at least one other passage in the mouth including the compressor, if necessary the buffer capacity, the membrane separator, the second gasometer, before an analysis declares it capable of reaching the high-pressure capacity and thus feeding the user installation.
- on met en oeuvre un compresseur dont le débit est au moins deux fois supérieur au débit moyen de recyclage nécessité par l'installation utilisatrice. - It implements a compressor whose flow is at least twice the average rate of recycling required by the user installation.
- on met en oeuvre entre le premier gazomètre et la capacité tampon, une opération de purification spécifique à l'installation utilisatrice considérée, tel qu'un charbon actif pour enlever toute trace d'humidité avant l'arrivée sur le séparateur membranaire. - Between the first gas meter and the buffer capacity, a purification operation specific to the user installation in question is used, such as an activated carbon to remove all traces of moisture before arrival on the membrane separator.
La présente invention concerne également un équipement de recyclage de gaz ou mélanges de gaz à haute performance thermique en provenance d'une installation utilisatrice utilisant de tels gaz ou mélanges de gaz, comprenant les éléments suivants: i) un premier gazomètre apte à récupérer tout ou partie du gaz ou mélange de gaz de l'installation utilisatrice; j) un compresseur, apte à comprimer du gaz du premier gazomètre jusqu'à un niveau de pression suffisant pour l'opération d'un 30 séparateur membranaire situé en aval du compresseur; k) un séparateur membranaire apte à séparer le gaz issu du compresseur afin d'obtenir du coté perméat du séparateur un mélange gazeux riche en ledit gaz ou mélange de gaz à haute performance thermique; I) un second gazomètre apte à stocker ledit mélange gazeux obtenu coté perméat; m) une capacité de stockage à haute pression apte à stocker du gaz issu du second gazomètre après pressurisation de celui-ci par ledit compresseur et à alimenter l'installation utilisatrice en gaz quand l'installation utilisatrice le nécessite. The present invention also relates to equipment for recycling gas or gas mixtures with high thermal performance from a user installation using such gases or gas mixtures, comprising the following elements: i) a first gasometer capable of recovering all or part of the gas or gas mixture of the user installation; j) a compressor, capable of compressing gas from the first gasometer to a pressure level sufficient for the operation of a membrane separator located downstream of the compressor; k) a membrane separator capable of separating the gas coming from the compressor in order to obtain, on the permeate side of the separator, a gaseous mixture rich in said gas or gas mixture with high thermal performance; I) a second gasometer capable of storing said gaseous mixture obtained on the permeate side; m) a high pressure storage capacity able to store gas from the second gasometer after pressurization thereof by said compressor and to supply the gas user installation when the user installation requires it.
Selon un des modes de mise en oeuvre, l'équipement de recyclage comprend une capacité tampon intermédiaire située entre le compresseur et le séparateur membranaire, et apte à stocker provisoirement le gaz comprimé grâce au compresseur avant que ce gaz ne soit dirigé vers le séparateur membranaire. According to one embodiment, the recycling equipment comprises an intermediate buffer capacity located between the compressor and the membrane separator, and able to temporarily store the compressed gas by means of the compressor before this gas is directed towards the membrane separator. .
Le compresseur est préférentiellement caractérisé par un débit qui est au moins deux fois supérieur au débit moyen de recyclage nécessité par l'installation utilisatrice. The compressor is preferably characterized by a flow rate that is at least twice the average flow rate of recycling required by the user installation.
D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description suivante, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en référence à la figure unique annexée qui est une représentation schématique d'un exemple de mode de réalisation de l'invention La figure illustre les éléments et le fonctionnement suivants: Dans le mode de réalisation illustré ici, un mélange essentiellement composé d'hélium et d'air est rejeté par un procédé utilisateur (par exemple une installation de détection de fuite), et récupéré dans un Gazomètre 1 (ballon tampon) jusqu'au remplissage de celui-ci. Other features and advantages will emerge from the following description, given solely by way of example and with reference to the single appended figure which is a diagrammatic representation of an exemplary embodiment of the invention. and the following operation: In the embodiment illustrated here, a mixture consisting essentially of helium and air is rejected by a user process (for example a leak detection installation), and recovered in a Gasometer 1 (buffer tank ) until the filling thereof.
On sait qu'un gazomètre est une sorte de capacité tampon mais qui se caractérise par un volume flexible qui lui permet de se remplir tout en restant à pression sensiblement constante (proche en général de la pression atmosphérique). We know that a gasometer is a kind of buffer capacity but is characterized by a flexible volume that allows it to fill while remaining at substantially constant pressure (generally close to atmospheric pressure).
Lorsque le Gazomètre 1 est rempli, ou qu'à tout le moins le gaz qui devait être récupéré du procédé utilisateur a été récupéré, le compresseur C pressurise le mélange jusqu'à une pression de séparation dans le séparateur membranaire qui permet de séparer le mélange gazeux précédent. La membrane permet ainsi de récupérer l'hélium basse pression côté perméat tandis que l'air est rejeté côté rétentat. L'hélium purifié est alors stocké dans le Gazomètre 2. When the gasometer 1 is filled, or at least the gas to be recovered from the user process has been recovered, the compressor C pressurizes the mixture to a separation pressure in the membrane separator which separates the mixture. previous gas. The membrane thus makes it possible to recover the low-pressure helium on the permeate side while the air is rejected on the retentate side. The purified helium is then stored in the Gasometer 2.
On note la présence préférée, entre le compresseur C et le séparateur membranaire d'un réservoir tampon, dont la présence est avantageuse même si elle n'est pas formellement une obligation, pour atteindre la pression de fonctionnement de la membrane sans phase transitoire. Note the preferred presence, between the compressor C and the membrane separator of a buffer tank, the presence of which is advantageous even if it is not formally an obligation, to achieve the operating pressure of the membrane without transient phase.
Lorsque le Gazomètre 1 a été vidé, le compresseur peut alors être utilisé pour pressuriser l'hélium purifié contenu dans le Gazomètre 2 et le diriger ainsi vers une capacité de stockage à haute pression à partir de laquelle il pourra être ré-utilisé pour alimenter le procédé utilisateur initial. When the Gasometer 1 has been emptied, the compressor can then be used to pressurize the purified helium contained in the Gasometer 2 and thus direct it to a high-pressure storage capacity from which it can be re-used to supply the gas. initial user process.
Selon un mode avantageux de mise en oeuvre, on utilise un compresseur dont le débit est environ deux fois supérieur au débit moyen de recyclage exigé par le procédé utilisateur. According to an advantageous embodiment, a compressor is used, the flow rate of which is approximately twice the average recycling flow rate required by the user process.
La figure et la description ci-dessus illustrent un mode de réalisation particulier de l'invention, mais l'on pourrait, sans sortir à aucun moment du cadre de la présente invention, et notamment afin de répondre à une demande de pureté très exigeante de la part de certains sites utilisateurs, mettre en place l'une ou plusieurs des mesures suivantes: en provenance du gazomètre 2, le gaz peut, au lieu d'être directement dirigé vers le compresseur puis de là vers la capacité haute pression comme précédemment cité, être analysé, par exemple en oxygène (analyseur non représenté sur la figure), et selon le résultat de l'analyse, être repassé une ou plusieurs fois dans la boucle compresseur -capacité tampon séparateur membranaire - retour gazomètre 2, avant d'être déclaré apte à rejoindre la capacité haute-pression et à alimenter ainsi l'installation utilisatrice. The figure and the description above illustrate a particular embodiment of the invention, but one could, without departing from the scope of the present invention at any time, and especially in order to meet a very demanding demand for purity of the invention. the part of certain user sites, set up one or more of the following measures: from the gasometer 2, the gas can, instead of being directly directed to the compressor and from there to the high pressure capacity as previously mentioned , to be analyzed, for example in oxygen (analyzer not shown in the figure), and according to the result of the analysis, to be ironed one or more times in the compressor loop -capacity buffer membrane separator - return gasometer 2, before being declared able to join the high-pressure capacity and thus supply the user installation.
Un tel mode de fonctionnement peut également être très utile si l'installation utilisatrice veut traiter des lots avec des puretés de gaz différentes. Such a mode of operation can also be very useful if the user installation wants to treat batches with different purities of gas.
- de même, on a parlé dans ce qui précède de séparateur membranaire , on doit entendre ici qu'un tel séparateur peut comporter une ou plusieurs membrane ou modules membranaires montées en série, présentant des propriétés de séparation du gaz ou mélanges de gaz à haute performance thermique considéré par rapport au mélange entrant dans le séparateur. Et ce séparateur peut notamment mettre en oeuvre des séparateurs successifs de sélectivité différente (par exemple par l'utilisation de membranes de qualités différentes, ou encore par l'utilisation de membranes de même type mais mises en oeuvre dans des conditions opératoires différentes, notamment de température). - In the same way, we spoke in the above of membrane separator, it must be understood here that such a separator may comprise one or more membrane or membrane modules mounted in series, having high gas separation properties or gas mixtures. thermal performance considered relative to the mixture entering the separator. And this separator can in particular use successive separators of different selectivity (for example by the use of membranes of different qualities, or by the use of membranes of the same type but used under different operating conditions, in particular temperature).
- de même on peut mettre en oeuvre en amont du séparateur une option de purification plus spécifique à l'installation utilisatrice considérée, par exemple un charbon actif pour enlever toute trace d'humidité avant l'arrivée sur la membrane. - Similarly can be used upstream of the separator a purification option more specific to the user installation considered, for example an activated carbon to remove any moisture before arrival on the membrane.
Bien qu'illustrée ci-dessus par l'exemple de la détection de fuites la solution de recyclage selon la présente invention peut être avantageusement appliquée pour le recyclage d'hélium de toute application industrielle ne nécessitant pas de l'hélium de pureté extrême, et par exemple pour des applications de traitement thermique. Although illustrated above by the example of the detection of leaks, the recycling solution according to the present invention can be advantageously applied for the recycling of helium of any industrial application not requiring helium of extreme purity, and for example for heat treatment applications.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| ST | Notification of lapse |
Effective date: 20200306 |