FR2935616A3 - Dispositif pour le traitement d'un gaz, en particulier pour le sechage de gaz naturel ou de biogaz - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un dispositif pour la séparation de composants d'un mélange gazeux par adsorption sur un lit de matière solide et éventuellement pour la régénération thermique du lit de matière solide, comprenant : - un corps creux (1 ) formant un espace d'adsorption, - un lit de matière solide (4) disposé dans l'espace d'adsorption, capable d'adsorber au moins partiellement au moins un composant gazeux, - une première ouverture (2) permettant d'introduire le mélange gazeux dans le corps creux (1), - une deuxième ouverture (3) permettant de faire sortir le mélange gazeux du corps creux (1) et - au moins une électrode (5,6) reliée à un générateur haute fréquence (HF) (8) avec une fréquence de 1 à 50 MHz, caractérisé par le fait que l'électrode (5,6) est une partie du corps creux (1) étanche au gaz et/ou est en contact de conduction électrique avec celui-ci et/ou au moins une partie de l'électrode (5,6) est disposée à l'intérieur du lit de matière solide (4), et qu'un capteur d'humidité (15) est disposé dans le lit de matière solide à proximité de la deuxième ouverture.

Description

Dispositif pour le traitement d'un gaz, en particulier pour le séchage de gaz naturel ou de biogaz

L'invention concerne un dispositif pour le traitement de mélanges gazeux dans le but d'éliminer des composants choisis, contenant un lit de matière solide avec un composant adsorbant, qui est en mesure de concentrer au moins temporairement ces composants, et qui se trouve au moins partiellement dans le domaine d'influence d'au moins une électrode destinée à l'introduction d'une énergie de haute fréquence (HF), qui est elle-même reliée à une source de tension HF pour chauffer diélectriquement le lit solide. On peut en particulier utiliser le dispositif pour le séchage de gaz, de préférence de gaz naturel et de biogaz, en séparant dans une première phase l'eau du flux gazeux par adsorption, et en séparant dans une phase ultérieure l'eau du lit solide par thermodésorption, le lit solide étant réchauffé directement par voie diélectrique par l'énergie HF. La séparation de matières par adsorption et la régénération thermique ultérieure du matériau adsorbant est un processus très répandu en génie chimique. Ce problème se pose en particulier dans le traitement du gaz naturel et du biogaz pour qu'ils puissent alimenter selon les spécifications techniques, des réseaux d'alimentation en gaz existants. Le séchage du gaz est par exemple absolument nécessaire pour éviter des phénomènes de condensation lors de la montée en pression. En outre, l'action combinée de l'eau et d'autres composants du gaz (par exemple H2S dans le cas du biogaz) peut entraîner une corrosion indésirable.

L'utilisation industrielle de gaz naturel et de biogaz nécessite, de plus, dans de nombreux cas, l'élimination des composés soufrés, du dioxyde de carbone ou de l'oxygène, ainsi que d'autres composants. Pour le séchage de gaz, il existe selon l'état de la technique essentiellement trois principes de procédé: le procédé de condensation, des procédés de séchage de gaz par adsorption et absorption comme, par exemple, le lavage au glycol. Le dispositif selon l'invention est relatif aux procédés de séparation de gaz par adsorption. Le principe de base consiste à fixer les constituants gazeux en question sur l'adsorbant. Cela s'effectue en général à des températures relativement basses, le plus souvent à la température ambiante. À la fin, un flux gazeux appauvri en ledit composant en question quitte le lit de matière solide. Pour garantir une conduite de procédé quasi-continue, il faut régénérer le composant adsorbant. Les procédés établis à cet effet sont basés sur la désorption par abaissement de la pression ou élévation de la température. Après la régénération et l'évacuation des substances désorbées, le lit solide est de nouveau disponible pour la purification ou la séparation de gaz par adsorption. Une autre possibilité de séparation de certains composants gazeux d'un mélange consiste à transformer ces substances par réaction. À cet effet, on utilise en général des réactions catalytiques. Un exemple est la séparation de traces d'oxygène de gaz naturel ou de biogaz à l'aide d'un catalyseur à base de métaux nobles qui catalyse l'oxydation. Ce procédé s'effectue le plus souvent à haute température. Le dispositif selon l'invention doit servir à fournir efficacement de l'énergie à un lit de matière solide, servant à la séparation de mélanges gazeux, pour amorcer les processus de désorption et de réaction. Des procédés de variation de température sont techniquement établis, mais le chauffage de lits de matière solide est plus compliqué que le chauffage de milieux fluides, car la conduction de la chaleur à l'intérieur du lit est en général plus faible. Ainsi, le transport de chaleur entre les particules est limité, car il s'effectue de façon préférentielle par l'intermédiaire des surfaces de contact. Lorsque la chaleur est apportée par l'intermédiaire de parois ou d'éléments chauffants, le transfert de chaleur par l'intermédiaire des interfaces dans le lit de particules a un effet limitant. Les lits de matière solide peuvent aussi être chauffés par le flux de gaz porteur. Dans ce cas, c'est cependant la faible capacité de chaleur du gaz qui limite les vitesses de chauffage pouvant être obtenues. La concentration des substances nocives libérées est liée au flux de gaz porteur nécessaire pour le chauffage. Cela entraîne souvent une dilution indésirable. Par exemple, l'oxydation catalytique ultérieure de substances nocives organiques, qui s'effectue par chauffage à partir de l'adsorbant, ne peut plus s'effectuer de façon autothermique, c'est-à-dire efficace du point de vue énergétique, du fait de la dilution. Une régénération thermique avec de la vapeur d'eau, souvent utilisée dans 30 le cas de charbon actif chargé de substances organiques, ne convient pas pour les présentes applications destinées au traitement de gaz. On parle depuis quelques années du chauffage diélectrique direct de milieux solides en tant qu'alternative innovatrice et prometteuse aux procédés classiques. L'avantage essentiel de ce procédé réside dans le fait que l'apport 35 d'énergie n'est pas lié à un milieu auxiliaire fluide (par exemple un flux de gaz porteur), mais s'effectue directement "sans flux de matière"). Cependant, jusqu'ici, le chauffage par micro-ondes n'a pu s'imposer que dans quelques domaines particuliers. La raison en est le fait que l'homogénéité des profils de température obtenus n'est acceptable que pour de petits volumes (de l'ordre du cm3) et que, pour beaucoup de milieux, les profondeurs de pénétration du rayonnement de micro-ondes sont trop faibles pour une application industrielle. En outre, les propriétés diélectriques des matrices contenant de l'eau varient de façon significative lorsque l'humidité varie. De plus, dans le domaine des micro-ondes, la possibilité d'injection d'énergie est le plus souvent liée à la présence d'eau. Cela conduit au fait que des substances anhydres ou des substances ayant un faible taux d'humidité ne peuvent souvent pas être chauffées par micro-ondes. En outre, il n'est en général pas possible d'injecter avec une efficacité constante les ondes électromagnétiques pendant le procédé qui s'accompagne de variations de l'humidité de l'adsorbant. Il en résulte en général une réflexion des ondes électromagnétiques après le séchage de la substance, de sorte que l'énergie émise ne conduit plus au chauffage du lit solide.

L'objectif de la présente invention est de surmonter les inconvénients décrits de l'état de la technique et de mettre à la disposition un dispositif permettant de chauffer de manière énergétiquement efficace et homogène, des lits de matière solide de différentes matières ayant une humidité et une polarité variables pour permettre la mise en oeuvre de différents processus amorcés par voie thermique comme la désorption en général, la régénération de lits de matière solide utilisés pour le séchage de gaz en particulier, ainsi que des réactions catalytiques de substances adsorbées. Le problème de l'invention est résolu grâce à un dispositif pour la séparation de composants d'un mélange gazeux par adsorption sur un lit de matière solide, qui comprend un corps creux étanche aux gaz formant un espace de réaction pour l'adsorption, un lit de matière solide disposé dans le corps creux étanche aux gaz capable d'adsorber au moins partiellement au moins un composant gazeux, une première ouverture capable d'introduire le mélange gazeux dans le corps creux étanche aux gaz, une deuxième ouverture permettant de faire sortir le mélange gazeux du corps creux étanche aux gaz et au moins une électrode reliée à un générateur haute fréquence (HF), cette au moins une électrode étant une partie du corps creux étanche aux gaz et/ou au moins une partie de cette au moins une électrode étant disposée à l'intérieur du lit de matière solide, et un capteur d'humidité étant disposé à proximité de la deuxième ouverture dans le lit de matière solide. Par l'expression "étanche aux gaz", on entend ici et dans ce qui suit que le flux de gaz parasite quittant de manière non désirée le récipient est très faible par comparaison au flux gazeux passant par les ouvertures prévues à cet effet. En particulier, le flux gazeux quittant de manière non désirée le récipient représente moins de 10 %, de préférence moins de 3 % et de façon encore davantage préférée moins de 0,3 % du flux gazeux passant par les ouvertures prévues à cet effet.

Selon l'invention, le dispositif est donc constitué d'un espace de réaction qui présente au moins une entrée et au moins une sortie pour le flux gazeux et dans lequel est disposé un lit de matière solide qui peut adsorber au moins partiellement au moins un composant gazeux. Le lit de matière solide se trouve au moins partiellement dans le domaine d'influence de l'au moins une électrode, qui est elle- même reliée à un générateur HF. Un réseau d'adaptation électronique, qui permet d'aligner l'impédance variable du lit de matière solide sur la résistance interne du générateur HF, est disposé de préférence entre l'au moins une électrode et le générateur HF. La première ouverture et la deuxième ouverture sont de préférence disposées à des positions opposées sur le corps creux étanche aux gaz. Selon les besoins, il peut y avoir des systèmes d'introduction du mélange gazeux au niveau de la première ouverture et des systèmes d'évacuation du mélange gazeux au niveau de la deuxième ouverture. Les systèmes d'introduction et d'évacuation du mélange gazeux sont conçus de manière à permettre la réalisation d'un flux gazeux continu.

La première et la deuxième ouverture sur le corps creux étanche aux gaz servent essentiellement à l'introduction et à l'évacuation du flux gazeux. La section transversale des ouvertures est donc relativement petite par rapport à la surface totale du corps creux. La surface de la section transversale de la première ou de la deuxième ouverture est de préférence inférieure à 20 %, de préférence inférieure à 10 %, de façon encore plus préférable inférieure à 5 % de la surface du corps creux étanche aux gaz. Selon l'invention, le corps creux peut comporter d'autres ouvertures, par exemple pour l'introduction de capteurs ou analogues. Le corps creux étanche aux gaz est selon l'invention rempli au moins à 50 %, de préférence à 70 % de façon encore plus préférable à 90 % avec le lit de matière solide. En ce qui concerne le lit de matière solide, il s'agit de préférence d'un lit de particules solides. Dans d'autres variantes préférées, on utilise cependant aussi des matières solides sous forme de corps moulés en céramique, de façon particulièrement préférée sous forme de nids d'abeilles. On peut en principe utiliser dans ce contexte tous les dispositifs qui permettent de réaliser un contact suffisant du flux gazeux avec le corps solide. Dans ce qui suit, on utilisera cependant pour toutes les options la dénomination unique de "lit de matière solide".

Dans un mode de réalisation préféré, l'électrode est disposée dans le corps creux étanche aux gaz de manière à se trouver à au moins 50 %, de préférence à au moins 70 % et de façon encore plus préférable à au moins 90 % dans le lit de matière solide ou le long du lit de matière solide. Ainsi, selon l'invention, l'électrode s'étend à travers le lit de matière solide le long de sa plus grande dimension dans l'espace à au moins 50 %, de préférence à au moins 70 %), de façon encore plus préférable à au moins 90 %. Dans un autre mode de réalisation préféré, l'au moins une électrode est disposée perpendiculairement à l'axe du corps du réacteur. Dans ce cas, l'électrode occupe selon l'invention au moins 50 %, de préférence au moins 70 %, de façon encore plus préférable au moins 90 % de la section transversale du lit de matière solide. Dans un mode de réalisation préféré, le corps creux étanche aux gaz est dans sa forme extérieure un cylindre. Dans un autre mode de réalisation préféré, il s'agit d'un parallélépipède rectangle. Des modes de réalisation préférés sont en outre caractérisés en ce que la section transversale perpendiculaire au sens du flux ne varie pratiquement pas dans le réacteur (de préférence de moins de 30 %, de façon encore plus préférable de moins de 10 %). L'invention n'est cependant en principe pas liée à une forme déterminée du corps creux étanche aux gaz et donc du lit de matière solide, d'autres géométries quelconques sont possibles aussi sans que la fonctionnalité des dispositifs ne soit limitée. Dans un mode de réalisation préféré, la surface du fond et la surface supérieure du corps creux étanche aux gaz cylindrique sont constituées d'éléments isolants, les éléments isolants pouvant aussi être perforés et donc perméables aux gaz. "Isolant" signifie dans ce contexte que la conductibilité HF des matériaux est négligeable. Dans un mode de réalisation préféré, la première ouverture ou la deuxième ouverture sont disposées sur la surface de fond (isolante) ou la surface supérieure (isolante) du corps creux étanche aux gaz cylindrique ou ces ouvertures sont réalisées dans leur totalité par des matériaux perforés.

Dans une variante préférée selon l'invention, l'électrode est en contact de conduction électrique avec le corps creux, en particulier avec le blindage ou l'enveloppe extérieure du réacteur. Dans une variante préférée selon l'invention, le corps creux ou une partie du corps creux lui-même forme l'électrode selon l'invention. L'électrode froide est alors à au moins 50 %, de préférence à au moins 70 %, et de façon encore plus préférable à au moins 90 % le corps creux étanche aux gaz lui-même. Dans un autre mode de réalisation préféré, l'électrode représente une surface de fond du corps creux cylindrique ou parallélépipédique. Cette électrode peut de préférence être perméable aux gaz ou perforée. On utilise de préférence les électrodes par paires. Selon l'invention, les électrodes peuvent alors être alimentées par un courant alternatif de haute fréquence, l'une des électrodes étant désignée électrode froide et l'autre électrode électrode chaude . L'électrode à la terre est alors définie comme l'électrode froide. Dans une variante de réalisation particulièrement préférée, l'électrode froide est en contact de conduction électrique avec l'enveloppe extérieure du corps creux ou l'enveloppe extérieure est elle-même l'électrode froide.

Dans une autre mode de réalisation de l'invention, on prévoit plus de deux électrodes qui sont alimentées par un courant alternatif de haute fréquence. On prévoit de préférence une électrode chaude et plusieurs électrodes froides. Les électrodes froides et chaudes sont de préférence reliées au réseau d'adaptation électronique et le lit de matière solide ou au moins une partie du lit de matière solide se trouve entre les deux électrodes. Comme électrodes, on utilise de préférence des électrodes en forme de baguette ou de plaque. Dans un mode de réalisation particulièrement préféré de l'invention, on utilise des électrodes de type plaques parallèles. Des électrodes de type plaques parallèles garantissent un profil de température faible gradient pour des lits de matière solide homogènes et conviennent donc au mieux pour un chauffage homogène. Selon l'invention, les électrodes peuvent aussi être disposées de manière coaxiale. Une disposition coaxiale convient au mieux pour réduire le rayonnement électromagnétique dans l'environnement. Dans ce cas, le lit de matière solide se trouve entre une électrode-enveloppe cylindrique externe, qui est de préférence connectée comme électrode froide, et une électrode interne en forme de baguette ou de tube, qui fonctionne de préférence comme électrode chaude. Le dispositif représente ainsi un condensateur cylindrique. Bien que l'intensité du champ électrique décroissante dans le sans radial vers l'extérieur conduise à un chauffage non homogène, un maintien de la température à une valeur suffisamment constante peut être assuré dans tout le lit solide par des processus de transport de chaleur dans le lit solide. Le choix de la géométrie des électrodes, dont encore d'autres variantes sont possibles, est déterminé par les exigences du procédé en question (homogénéité nécessaire de la température, caractéristiques mécaniques auxquelles doit satisfaire le dispositif, vitesse de chauffage à atteindre, etc.). Les deux électrodes sont de préférence séparées par des éléments isolants, éventuellement perforés. Selon l'invention, les électrodes sont reliées au générateur HF, qui permet des tensions de haute fréquence avec une fréquence entre 1 et 50 MHz, par l'intermédiaire d'un réseau d'adaptation électronique, connu sous le nom de Matchbox. Le réseau d'adaptation électronique permet l'alignement de l'impédance variable du lit de matière solide sur la résistance interne du générateur HF et permet donc un transfert sans réflexion de l'énergie HF depuis le générateur vers le lit de matière solide. De ce fait, contrairement aux installations de micro-ondes classiques, il y a la possibilité d'un chauffage du lit de matière solide très efficace sur le plan énergétique, et l'énergie HF fournie peut être convertie presque totalement en chaleur de procédé. L'utilisation de fréquences autorisées pour un emploi dans le domaine industriel, scientifique et médical, comme, par exemple, les fréquences ISM de 13,56 ou 27 MHz, est particulièrement préférée. Le dispositif contient de préférence en outre au moins un capteur de température à fibres optiques qui est relié à un appareil d'exploitation des données. De plus, il y a de préférence dans la zone d'entrée et/ou dans la zone de sortie du mélange gazeux des capteurs pour la caractérisation de la composition du gaz. Dans une variante préférée des dispositifs, les différents capteurs et appareils d'exploitation des données sont reliés à un ordinateur avec un système de conduite du procédé.

Dans une variante préférée du dispositif, un capteur d'humidité, qui détecte l'état de charge de l'adsorbant et indique une irruption imminente du front de charge d'eau, est placé avant la fin du lit de matière solide. Dans le circuit d'amenée vers le réacteur ou dans la zone d'entrée du réacteur, se trouve éventuellement un système d'addition et/ou d'introduction dosée d'un milieu de transport. Le système d'introduction d'un milieu de transport peut être utilisé pour amorcer une impulsion thermochromatographique. On utilise de préférence l'eau comme milieu de transport. L'impulsion thermochromatographique ne convient pas seulement pour la thermodésorption de composants gazeux organiques adsorbés ou pour amorcer une réaction catalytique. L'impulsion thermochromatographique peut aussi être utilisée pour des opérations de séchage lorsque le lit de matière solide n'a pas été chargé jusqu'à la capacité de charge. Dans ce cas, l'injection d'eau et l'impulsion produite peuvent entraîner une extraction supplémentaire d'eau du lit solide. Comme matériaux du lit de matière solide, on utilise de préférence des substances adsorbantes, comme le charbon actif, les zéolithes de différentes structures ou des oxydes métalliques poreux et leurs mélanges. Ils présentent de préférence une porosité élevée avec de grandes surfaces spécifiques (de façon typique de plus de 100 m2/g, de préférence de plus de 200 m2/g). Dans de nombreux cas, on mélange un liant à ces matériaux avant de les compresser pour obtenir une meilleure stabilité mécanique. Dans ce qui suit, pour simplifier, on désigne cependant ces matériaux mixtes comme le composant à activité de sorption Dans une variante préférée pour le séchage de gaz, il s'agit de zéolithes hydrophiles, de façon plus préférable des zéolithes 3A, 4A, NaY et 13X. Dans une autre variante préférée, pour l'élimination de substances hydrophobes comme, par exemple, des composés organiques non polaires, du flux gazeux, on utilise des matériaux hydrophobes. Dans ce cas, l'utilisation d'un matériau de lit de matière solide qui contient une zéolithe Y désaluminée ayant un rapport Si/Al élevé est particulièrement préférée. Dans le cas où l'on envisage une conversion par réaction du composant gazeux préalablement adsorbé, l'utilisation d'un composant catalyseur additionnel dans le lit de matière solide est avantageuse. Comme catalyseurs, on utilise par exemple des métaux nobles, de préférence le platine ou le palladium, ou une pérovskite ou d'autres matériaux de type oxyde. Les catalyseurs sont de préférence appliqués sur des matériaux supports poreux. Ces matériaux poreux présentent de façon typique des porosités entre 0,2 et 0,7.

La substance solide qui est utilisée comme adsorbant et/ou comme catalyseur est en particulier un granulat ou un autre produit particulaire en vrac, le diamètre des grains étant de préférence de l'ordre du mm. Des grosseurs de grains particulièrement appropriées selon l'invention se situent dans le domaine de 0,1 à 10 mm, de préférence de 1 à 5 mm, de façon encore plus préférable de 1 à 3 mm.

De préférence, on sépare du mélange gazeux un composant gazeux minéral ou organique. On peut par exemple éliminer le dioxyde de carbone, l'oxygène, ou des composés soufrés des mélanges gazeux à purifier. On utilise de façon particulièrement préférée le dispositif selon l'invention pour le séchage de mélanges gazeux. La substance séparée de façon 30 particulièrement préférée est donc l'eau. La régénération de l'adsorbant peut s'effectuer par exemple à l'aide d'ondes radio, ce qui permet de réduire la pression dans le dispositif. Dans ce mode de réalisation de l'invention, le dispositif comprend en plus un système de production d'ondes radio. 35 Le dispositif décrit permet une série d'options d'application allant au-dela de l'état de la technique, dont on décrit quelques exemples ci-dessous pour expliquer plus précisément le fonctionnement du dispositif et le rôle des différents composants. Il est entendu que cette invention ne se limite pas aux dispositifs, compositions et conditions particulières décrits ici, car ceux-ci peuvent varier. Il est entendu en outre que la terminologie utilisée ici sert exclusivement à décrire des modes de réalisation particuliers et ne doit pas limiter la portée de l'invention. De la manière utilisée dans la description, y compris dans les revendications en annexe, les formes au singulier comme, par exemple, "un", "une", "le", "la", comprennent leur équivalent au pluriel, dans la mesure où le contexte ne l'impose pas spécifiquement autrement. Par exemple, la référence à "un système d'introduction dosée d'un milieu de transport" comprend un système unique ou plusieurs systèmes, qui peuvent eux-mêmes être identiques ou différents. Le dispositif permet différents modes d'apport d'énergie et en particulier de chauffage du lit solide et de réalisation de différents profils de température. En particulier, par comparaison avec l'état de la technique, il est possible de chauffer le lit solide de manière homogène et indépendante du gaz porteur et de traiter des volumes intéressants sur le plan industriel, de l'ordre du litre et du mètre cube. Le volume du lit de matière solide dans un dispositif selon l'invention est de préférence de 0,001 à 100 mètres cubes, de préférence de 0,01 à 10 mètres cubes et de manière particulièrement préférée de 0,1 à 10 mètres cubes.

En outre, il est cependant possible aussi comme option, de la manière déjà décrite, d'amorcer, par injection d'un milieu de transport, une impulsion couplée flux de matière-température, appelée impulsion thermochromatographique, traversant le lit solide. À cet effet, on injecte dans le flux gazeux un milieu de transport, de préférence de l'eau, qui s'adsorbe au moins partiellement sur le lit de matière solide.

Cela renforce l'absorption de l'énergie HF dans la zone correspondante du lit solide, ce qui à son tour renforce le chauffage. Cela aboutit à la désorption du milieu de transport et à l'entraînement par le flux gazeux. Lorsque le flux gazeux atteint les zones de lit solide plus froides, il se produit de nouveau une adsorption et une surchauffe locale. Ce processus se poursuit de manière continue, jusqu'à ce que l'impulsion thermochromatographique a traversé le lit solide et atteint la sortie du réacteur. L'élévation sélective de la température permet d'effectuer de manière énergétiquement très efficace les opérations amorcées par voie thermique désirées comme, par exemple, la régénération du lit solide lors du séchage de gaz ou de la séparation de gaz par adsorption et la réaction catalytique de composants gazeux adsorbés.

Brève description des figures Figure 1: Dispositif selon l'invention pour le traitement de gaz, en particulier pour le séchage de gaz naturel ou de biogaz. Figure 2: Géométries d'électrodes préférées pour la réalisation du chauffage diélectrique d'un lit de matière solide. Figure 3a: Séchage de gaz sur un lit solide de zéolithe 13X à la température ambiante. Figure 3b: Régénération thermique du lit solide (zéolithe 13X) par chauffage à haute fréquence.

Figure 4a: Séchage de gaz sur un lit de particules de zéolithe NaY à la température ambiante. Figure 4b: Régénération thermique du lit solide (zéolithe NaY) par chauffage à haute fréquence. Un exemple de réalisation du dispositif selon l'invention est représentée dans la figure 1. La figure 1 présente un dispositif selon l'invention pour le séchage de gaz ayant les composants suivants. Un corps creux parallélépipédique 1 est rempli d'un lit de matière solide 4. Un mélange de gaz entre dans le lit de matière solide 4 par une première ouverture 2. Le gaz séché quitte le corps creux 1 par une deuxième ouverture 3. Une électrode chaude 6 est disposée au milieu du lit de matière solide 4 le long du grand axe du corps creux 1. Une électrode froide 5 forme partiellement l'enveloppe externe du corps creux parallélépipédique 1. Comme surface de fond et surface supérieure du parallélépipède, sont disposés des éléments perforés 14 qui isolent entre elles les électrodes 5 et 6. Les électrodes 5 et 6 sont reliées par l'intermédiaire d'un réseau d'adaptation électronique 7 à un générateur HF 8 pour l'alimentation par tension HF. La température dans le lit de matière solide 4 est contrôlée par un capteur de température à fibres optiques 9 qui est relié à un appareil d'exploitation des données 10. Un capteur d'humidité 15 est placé avant la deuxième ouverture 3, peu avant que le gaz quitte le lit de matière solide 4. Des capteurs pour caractériser la composition du gaz 12 sont prévus aussi bien dans le circuit d'amenée que dans la zone de sortie du gaz. Les différents capteurs et appareils d'exploitation des données sont reliés à un ordinateur 13 avec un système de conduite du procédé. Un système d'introduction dosée d'un milieu de transport 11 pour l'amorçage d'une impulsion thermochromatographique est disposé au début du lit de matière solide. La figure 2 présente des géométries d'électrodes préférées pour la réalisation du chauffage diélectrique du lit de matière solide 4. Des électrodes à plaques parallèles peuvent être disposées parallèlement au sens du courant.

L'électrode chaude 6 est alors placée dans le lit de matière solide. L'enveloppe externe du corps creux 1 forme partiellement l'électrode froide 5 (figure 2a). La figure 2b présente une autre variante. Les électrodes à plaques parallèles sont perpendiculaires au sens du courant, le lit de matière solide 4 est placé entre les électrodes. Le flux de gaz arrive dans le lit de matière solide 4 et le quitte en traversant les électrodes 5 et 6. À cet effet, les électrodes 5 et 6 sont réalisées de manière à être perméables aux gaz ou perforées. Des électrodes à plaques parallèles garantissent, pour des lits de matière solide homogènes, un profil de température présentant de faibles gradients et conviennent donc au mieux pour un chauffage homogène. Dans un autre mode de réalisation, la disposition des électrodes est coaxiale (figure 2c). L'électrode chaude 6 en forme de baguette ou de tube est alors entourée de l'électrode froide 5 servant d'enveloppe. Le lit de matière solide 4 se trouve entre l'électrode enveloppe 5 et l'électrode interne 6. Une disposition coaxiale de cette structure convient au mieux pour réduire le rayonnement électromagnétique dans l'environnement.

Exemple d'application 1 Dans l'exemple d'application 1, on utilise le dispositif pour sécher un flux gazeux en un intervalle de temps déterminé, puis régénérer le lit d'adsorbant, constitué d'une zéolithe de type 13X, par voie thermique par chauffage homogène au moyen d'une énergie HF. La figure 3 présente les résultats. Dans un essai en laboratoire, on a utilisé 0,8 g de zéolithe 13X ayant une granulométrie entre 1 et 3 mm. Par le passage du flux gazeux, la zéolithe s'est chargée jusqu'à une humidité moyenne de 6,4 % en masse, grâce à quoi un flux gazeux séché a quitté le réacteur (figure 3a). Dans le cas présent, on a partiellement submergé le lit pour pouvoir mieux observer la désorption. Ce mode opératoire s'écarte de celui qui est préférable dans la pratique pour le séchage de gaz. Il faudrait ici chercher à obtenir une traversée du lit solide avec le meilleur contact possible entre le flux gazeux à sécher et les particules d'adsorbant. La légère montée de la température lors du séchage est due à la chaleur d'adsorption de l'eau sur la zéolithe. La grandeur m représente le flux en masse de l'eau, Tech indique la température de l'échantillon à un site de mesure au milieu du lit de matière solide. La différence entre la valeur initiale mavant et maprès correspond donc à l'efficacité du séchage. Pendant la phase de régénération (séchage thermique du lit solide), l'échantillon est chauffé au moyen d'ondes radio (puissance totale du système d'environ 100 W, pertes élevées dues aux petites dimensions de l'appareil). L'augmentation de la température était uniforme sur tout l'échantillon et on a atteint relativement vite une valeur plateau d'environ 150°C (figure 3b). À cette température, on a obtenu une extraction efficace de l'eau du lit solide et un séchage régénératif de l'adsorbant 13X que l'on peut ensuite réutiliser pour le séchage de gaz. Dans cet essai, l'humidité résiduelle de la zéolithe était d'environ 1,6 % en masse.

Exemple d'application 2 Dans l'exemple d'application 2, on utilise également le dispositif selon l'invention pour éliminer l'eau d'un flux gazeux et régénérer thermiquement l'adsorbant après l'irruption de l'eau après atteinte de la capacité de charge de l'adsorbant. Dans cet exemple, la régénération est réalisée par l'amorçage d'une impulsion thermochromatographique. La figure 4 présente les résultats. Dans ce cas, on a chargé une zéolither NaY (5,7 g, granulométrie de 1 à 2 mm) à la température ambiante. La charge finale était d'environ 26 % en masse. La figure 4a montre nettement l'efficacité du séchage: jusqu'à ce que l'on enregistre l'irruption de l'eau après atteinte de la capacité de charge à environ 800 minutes, et que l'humidité initiale soit atteinte aussi à la sortie du réacteur. La légère montée des températures de 5à 10 K à plusieurs sites de mesure dans le lit de matière solide est elle-même due à l'enthalpie d'adsorption libérée. Les indices de température marquent la position des capteurs dans le lit solide dans le sens du flux. L'augmentation progressive des températures par la chaleur d'adsorption indique la progression du front d'eau dans le lit de zéolithe. La régénération de l'adsorbant s'effectue avec des ondes radio, et il se produit au début du lit solide une impulsion thermochromatographique qui traverse le lit de particules en tant que front de température. L'élévation sélective de la température dans l'impulsion (environ 100 K aux deux premiers sites de mesure représentés sur la figure 4b) permet un séchage du lit solide particulièrement efficace sur le plan énergétique. L'humidité résiduelle moyenne de la zéolithe après le séchage était de 1,5 % en masse, ce qui permet un nouveau séchage de gaz. En cas de besoin, on peut aussi obtenir des humidités résiduelles de l'adsorbant plus faibles.

Liste des indices de référence 1 corps creux 2 première ouverture 3 deuxième ouverture 4 lit de matière solide 5 électrode froide 6 électrode chaude 7 réseau d'adaptation électronique 8 générateur haute fréquence 9 capteur de température à fibres optiques 10 appareil d'exploitation des données 11 système d'introduction dosée d'un milieu de transport 12 capteur pour la caractérisation de la composition du gaz 13 ordinateur 14 éléments perforés 15 capteur d'humidité m flux en masse de l'eau Téch température de l'échantillon

Claims (14)

1. REVENDICATIONS1. Dispositif pour la séparation de composants d'un mélange gazeux par adsorption sur un lit de matière solide et éventuellement pour la régénération 5 thermique du lit de matière solide, comprenant un corps creux (1) formant un espace d'adsorption, - un lit de matière solide (4) disposé dans le corps creux (1), capable d'adsorber au moins partiellement au moins un composant gazeux, une première ouverture (2) permettant d'introduire le mélange gazeux dans le 10 corps creux (1), une deuxième ouverture (3) permettant de faire sortir le mélange gazeux du corps creux (1) et au moins une électrode (5, 6) reliée à un générateur haute fréquence (HF) (8) avec une fréquence de 1 à 50 MHz, 15 caractérisé par le fait que l'au moins une électrode (5, 6) est une partie du corps creux (1) étanche aux gaz et/ou est en contact de conduction électrique avec celui-ci et/ou au moins une partie de l'au moins une électrode (5, 6) est disposée à l'intérieur du lit de matière solide (4), et par le fait qu'un capteur d'humidité (15) est disposé dans le lit de matière solide (4) à proximité de la deuxième ouverture (3). 20
2. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le lit de matière solide (4) remplit le corps creux étanche aux gaz (1) au moins à 50 %, de préférence à 70 %, de façon encore plus préférable à 90 %.
3. 3. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins un système d'introduction du mélange gazeux est disposé au niveau 25 de la première ouverture (2) et/ou au moins un système d'évacuation du mélange gazeux est disposé au niveau de la deuxième ouverture (3).
4. 4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'au moins une électrode (5, 6) forme la surface de fond du corps creux (1).
5. 5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en 30 ce que le dispositif comporte deux électrodes (5,
6. 6). 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'une des deux électrodes est une électrode froide (5) reliée à la terre et l'une des deux électrodes est une électrode chaude (6).
7. 7. Dispositif selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que les 35 électrodes (5, 6) sont disposées de manière parallèle ou coaxiale.
8. 8. Dispositif selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce quel'électrode froide (5) est à au moins 50 %, de préférence à au moins 70 %, de façon encore plus préférable à au moins 90 %, le corps creux étanche aux gaz lui-même.
9. 9. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un système d'introduction d'un milieu de transport (Il) est disposé à proximité de la première ouverture (2) pour amorcer une impulsion thermochromatographique.
10. 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que le milieu de transport (11) est l'eau.
11. 11. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le lit de matière solide (4) est un matériau adsorbant, de préférence du charbon 10 actif, des zéolithes de différentes structures, de façon plus préférable une zéolithe 3A, une zéolithe 4A, une zéolithe NaY, une zéolithe 13X ou une zéolithe Y désaluminée ayant un rapport Si/Al élevé, des oxydes métalliques poreux ou leurs mélanges.
12. 12. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le composant adsorbé à partir du flux gazeux est un gaz minéral ou organique, 15 de préférence du dioxyde de carbone, de l'oxygène, des composés organiques volatils ou des composés du soufre et/ou de l'eau.
13. 13. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le lit de matière solide (4) contient un catalyseur, de préférence un métal noble, de façon particulièrement préférée du platine ou du palladium, ou une 20 pérovskite.
14. 14. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le volume du lit de matière solide (4) est de 0,001 à 100 mètres cubes, de préférence de 0,01 à 10 mètres cubes, de façon encore plus préférable de 0,1 à 10 mètres cubes.