FR2891159A1 - Procede psa a lit d'adsorption composite forme d'un adsorbant et d'agglomerats de mcp - Google Patents

Procede psa a lit d'adsorption composite forme d'un adsorbant et d'agglomerats de mcp Download PDF

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LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
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Abstract

Procédé PSA de séparation et/ou de purification par adsorption d'un mélange gazeux à plusieurs constituants mettant en oeuvre un ou plusieurs adsorbeurs contenant chacun au moins un lit de particules d'adsorbant pour adsorber au moins l'un des constituants dudit mélange gazeux sur lesdites particules d'adsorbant, chaque adsorbeur étant soumis à des cycles d'adsorption/désorpton comprenant des étapes d'adsorption et de désorption, chaque cycle d'adsorption/désorpton ayant un temps de cycle inférieur à 30 minutes, ledit au moins un lit d'adsorbant contenu dans chaque adsorbeur comprend, en outre, des particules d'au moins un matériau à changement de phase (MCP), caractérisé en ce que lesdits particules de MCP se présentent sous forme d'agglomérats de plusieurs micro-capsules de MCP, lesdits agglomérats étant mélangés aux particules d'adsorbants de manière à former un lit composite comprenant lesdits particules d'asorbant et lesdits agglomérats de MCP micro-encapsulés. Le rapport de la dimension caractéristique desdits agglomérats de MCP micro-encapsulés à la dimension caractéristique des particules d'adsorbant est inférieur à 3, et le rapport de la densité des agglomérats de MCP à la densité des particules d'adsorbants est inférieur ou égal à 2.

Description

L'invention concerne un procédé thermocyclique à temps de cycle court,
typiquement un temps de cycle inférieur à 30 minutes, notamment un procédé de type PSA (Pressure Swing Adsorption), utilisant des agglomérats contenant des matériaux à changement de phase (MCP), de manière à diminuer les effets thermiques que subit ledit procédé thermocyclique à chaque cycle.
io On appelle procédé thermocyclique tout procédé cyclique au cours duquel certaines étapes sont exothermiques, c'est-à-dire s'accompagnant d'un dégagement de chaleur, alors que certaines autres étapes sont endothermiques, c'est-à-dire s'accompagnant d'une consommation de chaleur.
Des exemples typiques de procédés thermocycliques pour lesquels l'invention peut être mise en ceuvre incluent: - les procédés de séparation de gaz par adsorption modulée en pression, comme le PSA (Pressure Swing Adsorption), le VSA (Vacuum Swing Adsorption), le VPSA (Vacuum Pressure Swing Adsorption) et le MPSA (Mixed Pressure Swing Adsorption), - tout procédé mettant en ceuvre une conversion chimique couplée à des cycles d'adsorption modulée en pression, tels que mentionnés ci-dessus, permettant de déplacer l'équilibre des réactions chimiques.
Les procédés de séparatation par adsorption modulée en pression reposent sur le phénomène d'adsorption physique et permettent de séparer ou de purifier des gaz par cyclage en pression du gaz à traiter à travers un ou plusieurs lit d'adsorbant, tel un lit de zéolite, de charbon actif, d'alumine activée, de gel de silice, de tamis moléculaire ou analogues.
Dans le cadre de la présente invention, on désigne, sauf stipulation autre, par les termes procédé PSA , tout procédé de séparation de gaz par adsorption modulée en pression, mettant en ceuvre une variation cyclique de la pression entre une pression haute, dite pression d'adsorption, et une pression basse, dite pression de régénération. Par conséquent, l'appellation générique procédé PSA est employée indifféremment pour désigner les procédés cylciques suivants: -les procédés VSA dans lesquels l'adsorption s'effectue sensiblement à la pression atmosphérique, dite pression haute , c'est-à-dire entre 1 bara et 1,6 bara, préférentiellement entre 1,1 et 1,5 bara, et la pression de désorption, dite pression basse , est inférieure à la pression atmosphérique, typiquement entre 30 et 800 mbara, de préférence entre 100 et 600 mbara.
- les procédés VPSA ou MPSA dans lesquels l'adsorption s'effectue à une pression haute sensiblement supérieure à la pression atmosphérique, io généralement entre 1,6 et 8 bara, préférentiellement entre 2 et 6 bara, et la pression basse est inférieure à la pression atmosphérique, typiquement entre 30 et 800 mbara, de préférence entre 100 et 600 mbara.
- les procédés PSA dans lesquels l'adsorption s'effectue à une pression haute nettement supérieure à la pression atmosphérique, typiquement entre 1,6 et 50 bara, préférentiellement entre 2 et 35 bara, et la pression basse est supérieure ou sensiblement égale à la pression atmosphérique, donc entre 1 et 9 bara, de préférence entre 1,2 et 2,5 bara.
De même, dans le cadre de la présente demande, les pressions indiquées sont des pressions absolues, par exemple des bar absolus (bara).
De manière générale, un procédé PSA permet de séparer une ou plusieurs molécules de gaz d'un mélange gazeux les contenant, en exploitant la différence d'affinité d'un adsorbant donné ou, le cas échéant, de plusieurs adsorbants pour ces différentes molécules de gaz.
L'affinité d'un adsorbant pour une molécule gazeuse dépend de la structure et de la composition de l'adsorbant, ainsi que des propriétés de la molécule, notamment sa taille, sa structure électronique et ses moments multipolaires.
Un adsorbant peut être par exemple une zéolite, un charbon actif, une alumine activée, un gel de silice, un tamis moléculaire carboné ou non, une structure métallo-organique, un ou des oxydes ou des hydroxydes de métaux alcalins ou alcalino-terreux, ou une structure poreuse contenant une substance capable de réagir réversiblement avec une ou plusieurs molécules de gaz, telle que amines, solvants physiques, complexants métalliques, oxydes ou hydroxydes métalliques par exemple L'adsorption est un phénomène exothermique, chaque couple molécule adsorbant étant caractérisé par une enthalpie isostérique d'adsorption ou une enthalpie de réaction en général. Symétriquement, la désorption est endothermique.
Par ailleurs, un procédé PSA est un procédé cyclique, de temps de cycle rapide, c'est-à-dire en général inférieur à 30 minutes, comprenant plusieurs étapes séquentielles d'adsorption et de désorption.
io Par conséquent, certaines étapes du cycle d'un PSA sont exothermiques, notamment l'étape d'adsorption des molécules de gaz adsorbées sur l'adsorbant, alors que d'autres étapes sont endothermiques, notamment l'étape de régénération ou désorption des molécules adsorbées sur l'adsorbant.
Les effets thermiques qui résultent de l'enthalpie d'adsorption ou de l'enthalpie de réaction conduisent, d'une manière générale, à la propagation, à chaque cycle, d'une onde de chaleur à l'adsorption limitant les capacités d'adsorption et d'une onde de froid à la désorption limitant la désorption.
Ce phénomène cyclique local de battements en température a un impact non négligeable sur les performances de séparation du procédé, telles que la productivité, le rendement de séparation et l'énergie spécifique de séparation, comme le rappelle le document EP-A-1188470.
Ainsi, il a été montré que si les battements thermiques dus à l'enthalpie d'adsorption étaient totalement éradiqués, la productivité de certains PSA 02 industriels actuels serait améliorée de l'ordre de 50% et le rendement en oxygène serait amélioré de 10%. De même pour les autres types de PSA, l'atténuation des battements thermiques entraînerait une amélioration notable des performances de séparation.
Ce phénomène négatif ayant été identifié, plusieurs solutions ont déjà été décrites pour tenter de le diminuer ou de le supprimer.
Ainsi, il a été proposé d'augmenter la capacité calorifique du milieu adsorbant par addition de liant inerte, lors de la fabrication des particules, par dépôt du milieu adsorbant sur un noyau inerte, par adjonction de particules identiques à l'adsorbant mais inertes. Par exemple, dans le cas d'un procédé VSA 02, il a déjà été proposé de réaliser l'adsorption de l'azote contenu dans l'air sur un lit composite constitué de zéolites 5A et 3A ne se différentiant que par la taille de leurs pores: seuls ceux de la zéolite 5A permettent l'adsorption d'azote, puisque ceux de la zéolite 3A sont de dimension trop faible.
Par ailleurs, il a été également décrit l'utilisation de moyens extérieurs de chauffage et/ou de refroidissement pour contre-balancer les effets thermiques de la désorption ou de l'adsorption, tels que l'utilisation d'échangeurs thermiques.
Des couplages thermiques entre phase d'adsorption et phase de io régénération ont également été proposés, l'adsorbant étant disposé dans les passages successifs d'un échangeur à plaques, la circulation des fluides étant alors organisée de telle sorte que les passages soient alternativement en phase d'adsortion et de désorption.
Une autre solution permettant de diminuer l'amplitude des battements thermiques consiste à ajouter dans le lit d'adsorbant un matériau à changement de phase (MCP), comme décrit dans le document US-A-4,971,605. De cette manière, la chaleur d'adsorption et de désorption, ou une partie de cette chaleur, est absorbée sous forme de chaleur latente par le MCP, à la température, ou dans le domaine de températures, du changement de phase du MCP. Il est possible alors d'opérer le PSA dans un mode plus proche de l'isotherme.
Généralement, les MCP sont exploités pour leur changement de phase solide liquide. Dès lors, pour pouvoir manipuler les MCP, qu'ils soient à l'état solide ou liquide, ils doivent être placés dans des réservoirs ou capsules, comme décrit par le document FR 2.474.660 enseignant un milieu susceptible de stocker de l'énergie, à savoir une enveloppe métallique contenant un produit organique présentant un tel changement d'état liquide-solide.
Cependant, bien que tous ces solutions aient été décrites depuis plusieurs années, à ce jour, il n'existe pas ou peu d'unités industrielles mettant réellement en ceuvre des systèmes tendant à rendre plus isotherme le fonctionnement d'un PSA.
Ceci est dû principalement aux coûts additionnels qui résulteraient de l'application de ces diverses technologies et qui dépasseraient généralement les gains attendus.
Il reste donc toujours à trouver une solution industrielle au problème évoqué, à savoir de proposer un procédé thermocyclique amélioré à temps de cycle court, typiquement inférieur à 30 minutes, en particulier de type PSA (Pressure Swing Adsorption), de manière à diminuer les effets thermiques que subit ledit procédé thermocyclique à chaque cycle et d'améliorer ainsi les performances recherchées du procédé, en particulier la productivité, c'est-à-dire io la quantité d'adsorbants à utiliser pour traiter un certain flux de gaz, le rendement, c'est-à-dire la proportion de gaz produit récupéré par rapport à la quantité de ce gaz introduite en alimentation, l'énergie spécifique, c'est-à-dire l'énergie nécessaire à la séparation d'1 Nm3 de gaz produit, ou encore le nombre d'adsorbeurs, et en particulier le nombre d'équilibrages à effectuer durant le cycle de fonctionnement desdits adsorbeurs.
La solution de l'invention est alors un procédé PSA de séparation et/ou de purification par adsorption d'un mélange gazeux à plusieurs constituants mettant en oeuvre un ou plusieurs adsorbeurs contenant chacun au moins un lit de particules d'adsorbant pour adsorber au moins l'un des constituants dudit mélange gazeux sur lesdites particules d'adsorbant, chaque adsorbeur étant soumis à des cycles d'adsorption/désorpton comprenant des étapes d'adsorption et de désorption, chaque cycle d'adsorption/désorpton ayant un temps de cycle inférieur à 30 minutes, ledit au moins un lit d'adsorbant contenu dans chaque adsorbeur comprend, en outre, des particules d'au moins un matériau à changement de phase (MCP), caractérisé en ce que: - lesdites particules de MCP se présentent sous forme d'agglomérats de plusieurs micro-capsules de MCP, lesdits agglomérats étant mélangés aux particules d'adsorbants de manière à former un lit composite comprenant lesdits particules d'adsorbant et lesdits agglomérats de MCP micro-encapsulés.
- le rapport de la dimension caractéristique desdits agglomérats de MCP micro-encapsulés à la dimension caractéristique des particules d'adsorbant est inférieur à 3, et - le rapport de la densité des agglomérats de MCP à la densité des particules d'adsorbants est inférieur ou égal à 2.
Selon le cas, le procédé de l'invention peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes: - au moins un lit d'adsorbant a une capacité thermique modifiée, au moins localement, par lesdits agglomérats de MCP.
- agglomérats et adsorbants sous forme de billes, d'extrudés, de concassés, de pastilles ou de plaquettes.
- le rapport des dimensions caractéristiques des agglomérats de MCP io micro-encapsulés et des particules d'adsorbant est inférieur à 2.
- le rapport des densités des agglomérats de MCP et des particules d'adsorbants est inférieur ou égal à 1,5.
- le procédé est choisi parmi les procédés PSA H2, PSA 02, PSA N2 et PSA CO2.
Autrement dit, selon l'invention, les agglomérats de MCP ont une forme, des dimensions et une densité telles qu'ils peuvent être directement mélangés à l'adsorbant sans qu'il n'y ait de ségrégation significative entre ces agglomérats et les particules d'adsorbants, au cours du fonctionnement du procédé.
Il ressort des différents types de procédés d'adsorption de gaz, et plus particulièrement des procédés PSA 02, N23 CO2 ou H23 et des différentes technologies d'adsorbeurs utilisés, à savoir à adsorbeurs cylindriques à axe horizontal ou vertical, ou à adsorbeurs radiaux, qu'il est possible, en respectant des vitesses maximales de circulation des gaz à travers le milieu particulaire, d'utiliser des particules de forme et/ou dimension différentes et de densité différente sans qu'il y ait ségrégation entre ces particules au cours du fonctionnement de l'unité.
Ceci présente l'avantage de permettre notamment d'utiliser des particules d'adsorbant présentant des spectres de distribution assez larges, donc nécessitant moins de tamissage que les produits standards et donc aussi moins coûteux à fabriquer.
Cela permet également d'installer des couches successives d'adsorbants sans système de séparation particulier entre les lits. Dans le cas de billes essentiellement sphériques, on peut ainsi avoir une population qui restera homogène dans son volume avec des particules de rapport 2 sur le diamétre et 2 sur la densité.
Par densité, ou encore appelée densité de vrac ou de remplissage, on entend la densité apparente d'un lit de particules d'adsorbants dans un volume donné rempli selon une procédure définie, par exemple après vibrations, telle qu'utilisée couramment par les fournisseurs d'adsorbants.
Les adsorbants utilisés dans les procédé PSA suscités sont généralement des billes ou sphères de diamètre moyen de 0.5 à 5 mm, des batonnets de io diamètre 0.8 à 3.2 mm et de longueur de l'ordre de 1 à 3 fois leur diamètre, ou des particules concassés pouvant s'inscrire dans des sphères de 0.5 à 6 mm, et ayant des densités d'environ 350 à 900 kg/m3 pour les charbons actifs à environ 800 kg/m3 pour les alumines activées, les zéolites et les gels de silice.
Dans le cadre de l'invention, les constituants de MCP agglomérés que l'on va pouvoir simplement mélanger aux particules d'adsorbants pour augmenter la capacité calorifique du lit doivent avoir préférentiellement une densité en général de l'ordre de 500 à 750 kg/m3 et avoir préférentiellement une dimension de l'ordre du millimètre.
Toutefois, il est possible d'utiliser, dans certains cas, des constituants de MCP agglomérés en dehors de ces plages et ils seront alors spécifiques à un type d'adsorbant. Ainsi, par exemple, des particules de densité 1000 kg/m3 pourront être utilisées avec les zéolites (densité moyenne autour de 650 kg/m3), les gels de silice et les alumines activées mais plus difficilement avec les charbons actifs.
Par la suite, quand on va parler de rapport de densité égale à x' entre adsorbants et particules de MCP ajoutées, sans autre précision, par exemple un rapport égal à 2, on voudra dire que la densité de l'adsorbant est indifféremment le double ou la moitié de celle de la particule de MCP.
Un point important pour ne pas dégrader les performances d'une unité PSA est de minimiser les volumes morts et plus généralement les volumes libres au gaz.
Ainsi, en reprenant l'exemple d'un procédé VSA 02, doubler la capacité thermique du lit initial de zéolite 5A par une quantité équivalente de zéolite inerte vis à vis de l'azote et de l'oxygène de type 3A conduit aussi à doubler le volume gazeux intersticiel et à perdre une partie importante du gain espéré du fait des volumes morts qui en résultent conduisant à un volume global nécessaire plus important que le volume initial de 5A et ce, pour une même production. Ceci rajouté au surcoût d'adsorbant et de dimensionnement d'adsorbeur rend cette solution totalement impratiquable au plan industriel.
L'augmentation de capacité calorifique doit donc se faire avec une io augmentation de volume la plus faible possible vis-à-vis de cet effet.
Les agglomérats de MCP sont donc avantageusement utilisés selon l'invention car ils répondent à ce critère puisqu'ils subissent un réel changement de phase et ne jouent pas simplement le rôle de capacité calorifique.
On estime alors que, pour la plupart des procédés PSA, une diminution importante des effets thermiques cycliques et donc globalement une amélioration sensible des performances est obtenue avec un volume total d'agglomérats de MCP compris entre 0,5 et 50% du volume d'adsorbant, préférentiellement entre 3 et 20% du volume d'adsorbant.
De façon générale, la quantité d'agglomérats de MCP à introduire dans un procédé PSA dépend de la chaleur latente du MCP, de l'enthalpie d'adsorption des systèmes gaz-adsorbant mis en jeu, des pressions haute et basse du cycle PSA et de la composition de la charge, et d'un optimum entre la diminution des effets thermiques et l'ajout d'un certain volume de MCP (donc non adsorbants).
Des simulations ou des essais empiriques permettent de déterminer et/ou d'optimiser la proprotion (%) de MCP à utiliser tranche par tranche du lit d'adsorbant.
Les MCP industriels existants, pouvant être utilisés dans le cadre de la présente invention, se présentent sous la forme de micro-capsules qui sont ensuite agglomérées, comme expliqués ci-après.
Les matériaux à changement de phase ou MCP en eux-mêmes peuvent être organiques, tels que les paraffines, les acides gras, les composés azotés, les composés oxygénés (alcool ou acides), les phényles et les silicones, ou inorganiques, tels que les sels hydratés et les alliages métalliques. Ils sont généralement microencapsulés dans un coquille solide micronique, préférentiellement à base de polymères (mélamine formaldéhyde, acrylique.. .).
Les paraffines en particulier étant relativement faciles à microencapsuler, elles sont généralement des MCP de choix par rapport aux sels hydratés, même si les paraffines ont une chaleur latente généralement inférieure à celles des sels hydratés. De plus, les paraffines présentent d'autres avantages comme la réversiblité du changement de phase, la stabilité chimique, la température de changement de phase, ou le domaine de températures de changement de phase, io définis (pas d'effet de type hystérésis), un faible coût, la toxicité limitée et la large gamme de températures de changement de phase disponibles selon le nombre d'atomes de carbone et la structure de la molécule. Les MCP paraffiniques microencapsulées se présentent sous la forme d'une poudre, chaque microcapsule constituant cette poudre faisant entre 50 nm et 100 pm de diamètre, préférentiellement entre 0,2 et 50 pm de diamètre.
Les MCP ne peuvent pas être utilisés en tant que tels car, du fait de leur faible dimension, ils seraient irrémédiablement entrainés par le fluide en circulation, c'est-à-dire le gaz à traiter.
Afin de conserver l'avantage lié aux performances thermiques des MCP, il convient d'en faire des agglomérats, mécaniquement suffisament résistants à leur utilisation en procédé PSA tout en utilisant un minimum de liant, inférieur à 50% en volume, préférentiellement inférieur à 30%, encore préférentiellement inférieur à 10%.
De façon avantageuse, ce liant, s'il s'avère nécessaire dans l'obtention des agglomérats, est au moins aussi conducteur de la chaleur que le MCP à l'état liquide afin de ne pas limiter sensiblement les échanges thermiques. A titre d'exemples, ce liant peut être une argile (bentonite, attapulgite, kaolinite...) ou un liant hydraulique de type ciment ou encore un polymère, de préférence fondant à basse température (inférieure à 120 C), ou encore une colle ou une résine, éventuellement une colle ou une résine à conductivité thermique améliorée c'est-à-dire contenant par exemple des métaux (Ag, Al...) ou du graphite, ou encore de i0 simples fibres ou poudres améliorant la tenue de l'ensemble (fibres de carbone, poudres de métal...).
La quantité de liant à additionner peut être déterminée empriquement.
En outre, différents produits de type colle, ciment, liant, polymère à conductivité thermique supérieure ou égale à 0,2 W/m/K et préférentiellement à 0,5 W/m/K sont disponibles pour renforcer si nécessaire la structure des agglomérats.
La densité, la dimension et/ou la forme des agglomérats de MCP produits sont adaptées aux caractéristiques physiques des particules d'adsorbant io auxquels ces agglomérats sont mélangés.
Un agglomérat selon l'invention peut être par exemple une bille, un extrudé, une pastille, un concassé obtenu par broyage et tamissages de blocs de dimensions supérieures, ou une plaquette obtenue par découpage de feuilles préalablement compactées.
On définit pour la suite la dimension caractéristique d'une particule comme le diamètre de la sphère ayant le même volume que la particule en question. D'autres définitions existent mais conduisent à des expressions mathématiques plus complexes.
Ainsi, la dimension caractéristique D ou diamètre équivalent d'une bille est celui de la sphère de même dimension, alors que celle d'une particule cylindrique (pastille ou extrudé e.g.) de diamètre d et de longueur ou hauteur I est telle que: D"3=3/2xd"2x1 Par simplicité, on définit le diamètre d'un concassé comme celui de la sphère la plus petite le contenant.
A partir de là, on peut définir le diamètre équivalent moyen d'une population de particules ayant des diamètres unitaires un peu différents, comme Dm à partir de la relation: 1/Dm = somme Xi/Di où Xi est la fraction volumique de la classe des particules de diamètre équivalent Di.
Cette dernière pratique est classique et peut se retrouver dans les ouvrages spécialisés. Il
Par la suite, quand on parlera de rapport de dimensions caractéristiques ou diamétres équivalents entre adsorbant et MCP, par exemple un ratio de 2, on voudra dire indifféremment que le diamètre de l'adsorbant est la moitié ou le double de celui de l'agglomérat de MCP.
Pour déterminer les propriétes thermiques et physiques des agglomérats de MPC, differents essais de compactage ont été effectués à partir de MCP.
Par exemple, des essais de pastillage ont été réalisés avec des MCP paraffiniques microencapsulés dans des capsules de mélamine-formaldéhyde.
La poudre de MCP micrencapsulés a été placée dans le compartiment io d'une pastilleuse et différentes pressions ont été appliquées, de 2 à 1800 bar.
Les pastilles obtenues faisaient entre 4 et 7 mm d'épaisseur, l'épaisseur étant contrôlable par la quantité de poudre introduite dans le compartiment, et 2 cm de diamètre. Les pastilles obtenues étaient manipulables et pouvaient sous cette forme être introduites dans un adsorbeur.
La conductivité thermique varie très peu avec la pression de compactage et était comprise entre 0,1 et 0,3 W/m/K pour des MCP seuls. La conductivité a été déterminée par la méthode dite du disque chaud (hot disk), à une température à laquelle le MCP était liquide, soit, dans ce cas, aux environs de 30 C.
La densité des pastilles obtenues était comprise entre 500 et 1000 kg/m3, alors que la densité de la poudre de microcapsule de MCP est d'environ 300 à 400 kg/m3.
Des essais de compactage ont également été faits avec des MCP microencapsulés mélangés à différentes autres poudres comme des poudres de cuivre et d'argent. Le but était d'augmenter la conductivité thermique des pastilles. Des conductivités comprises entre 0,5 et 0,7 W/m/K ont été mesurées sur ces pastilles composites.
D'une manière générale, il est possible d'ajouter à la poudre de MCP tout matériau pouvant jouer le rôle de liant ou de promoteur thermique, de manière à améliorer les propriétés mécaniques ou thermiques des pastilles.
La conductibilité thermique ainsi obtenue couplée aux dimensions de l'agglomérat permet un échange thermique suffisamment rapide avec le milieu adsorbant et surtout le gaz en circulation pour adsorber puis restituer une part importante de la chaleur d'adsorption.
On voit donc que l'on peut obtenir à partir de MCP peu couteux car produit en grande quantité, des agglomérats de caractéristiques physiques directement mélangeables aux particules d'adsorbants et permettant d'améliorer la thermique des unités PSA.
Cela concerne donc la majorité des procédés de ce type et plus particulièrement de façon non limitative, outre les PSA H2, 02, N2 et CO2, les PSA de fractionnement du syngas en deux fractions au moins, les PSA sur gaz naturel destinés à retirer l'azote, et les PSA servant à fractionner des mélanges d'hydrocarbures.
Gommé déjà dit, la proportion de MCP agglomérés à ajouter à l'adsorbant peut être déterminée par calculs, simulations ou essais. Cette proportion peut être variable, par exemple plus importante (30%) dans une zone de forte adsorption et plus faible, voire nulle dans une zone ou il s'agira d'adsorber des traces de constituants. Un mélange homogène dans une couche donnée peut être souhaitable mais des héterogénéités locales n'auront pas d'impact important sur le résultat global, du fait en particulier du mélange constant des veines de fluide dans un milieu particulaire.
Le mélange MCP aggloméré/adsorbant peut être effectué préalablement au remplissage ou lors du remplissage lui-même. Dans ce cas, l'utilisation de trémies de diamètres de vidange adaptés aux proportions désirées est un système simple. Le mélange tombe par exemple dans un entonnoir prolongé d'une chausette de distribution déplacée réguliérement à la surface libre du lit de particules comme lors d'un remplissage ordinaire.

Claims (10)

Revendications
1. Procédé PSA de séparation et/ou de purification par adsorption d'un mélange gazeux à plusieurs constituants mettant en oeuvre un ou plusieurs adsorbeurs contenant chacun au moins un lit de particules d'adsorbant pour adsorber au moins l'un des constituants dudit mélange gazeux sur lesdites particules d'adsorbant, chaque adsorbeur étant soumis à des cycles d'adsorption/désorpton comprenant des étapes d'adsorption et de désorption, chaque cycle d'adsorption/désorpton ayant un temps de cycle inférieur à 30 minutes, ledit au moins un lit d'adsorbant contenu dans chaque adsorbeur comprend, en outre, des particules d'au moins un matériau à changement de phase (MCP), caractérisé en ce que: - lesdites particules de MCP se présentent sous forme d'agglomérats de plusieurs micro-capsules de MCP, lesdits agglomérats étant mélangés aux particules d'adsorbants de manière à former un lit composite comprenant lesdits particules d'adsorbant et lesdits agglomérats de MCP micro-encapsulés.
- le rapport de la dimension caractéristique desdits agglomérats de MCP micro-encapsulés à la dimension caractéristique des particules d'adsorbant est inférieur à 3, et - le rapport de la densité des agglomérats de MCP à la densité des particules d'adsorbants est inférieur ou égal à 2.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rapport des dimensions caractéristiques des agglomérats de MCP micro-encapsulés et des particules d'adsorbant est inférieur à 2.
3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le rapport des densités des agglomérats de MCP et des particules d'adsorbants est inférieur ou égal à 1,5.
4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les agglomérats de MCP ont une densité de 500 à 1000 kg/m3, de préférence de l'ordre de 500 à 750 kg/m3
5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les agglomérats de MCP ont une dimension de l'ordre de 0,5 à 2 mm, de préférence une dimension de 0,8 à 1,5 mm, préférentiellement encore de l'ordre de 1 mm.
6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le lit composite comprenant le mélange d'agglomérats de MCP et de particules d'adsorbants a une densité de remplissage comprise entre 350 et 900 kg/m3.
7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la quantité d'agglomérats de MCP introduite dans un adsorbeur n'est pas homogène sur la totalité du volume dudit adsorbeur.
8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le MCP contenu dans les agglomérats de MCP est choisi parmi les paraffines, les acides gras, les composés azotés, les composés oxygénés (alcool ou acides), les phényles et les sels hydratés ou un mélange de ces composés.
9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les agglomérats de MCP comportent un liant représentant moins de 30% en volume des agglomérats de MCP, de préférence le liant est choisi parmi des argiles, des liants hydrauliques, des polymères, des colles, des résines, éventuellement additionnés de fibres de carbone ou de métal.
10. Procédé selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il 30 est choisi parmil les procédés PSA H2, PSA 02, PSA N2 et PSA CO2.
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