FR3106071A3

FR3106071A3 - adsorbeur a éléments modulaires empilables

Info

Publication number: FR3106071A3
Application number: FR2000240A
Authority: FR
Inventors: Benoit Davidian
Original assignee: Air Liquide SA; LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Current assignee: Air Liquide SA; LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Priority date: 2020-01-10
Filing date: 2020-01-10
Publication date: 2021-07-16
Anticipated expiration: 2030-01-10
Also published as: FR3106071B3

Abstract

L’invention concerne un adsorbeur, notamment d'une installation de prétraitement d’air à basse pression, comportant un assemblage d’au moins deux éléments modulaires empilables, chaque élément modulaire empilable comportant des lits d’adsorbant montés en parallèle deux à deux, l'adsorbeur comportant un moyen d'étanchéité disposé entre les deux éléments modulaires empilables. Figure de l’abrégé : Fig. 2

Description

adsorbeur a éléments modulaires empilables

La présente invention est relative à un adsorbeur a éléments modulaires empilables et à une unité de traitement d’un gaz par adsorption à modulation de pression comportant un tel adsorbeur. Ce type d’unité de traitement d’un gaz permet par exemple de purifier l’air atmosphérique avant séparation dudit air par distillation cryogénique. Dans ce cas, on parle d’une «installation de prétraitement d’airà basse pression ».

Il est connu que l’air atmosphérique contient des composés devant être éliminés avant son introduction dans les échangeurs thermiques de la boîte froide d’une unité de séparation d’air, notamment la vapeur d’eau (H2O), le dioxyde de carbone (CO2), les oxydes d’azote et les hydrocarbures.

En effet, en l’absence d’un tel traitement de l’air pour en éliminer ses impuretés H20 et CO2, on assiste à une solidification de ces impuretés lors du refroidissement de l’air à température cryogénique typiquement inférieure à -150°C, d’où il peut résulter des problèmes de colmatage de l’équipement, notamment les échangeurs thermiques, les colonnes de distillation.

En outre, il est également d’usage d’éliminer au moins partiellement les impuretés hydrocarbures et oxydes d’azote susceptibles d’être présentes dans l’air afin d’éviter leur trop forte concentration dans le bas de la ou des colonnes de distillation, et de pallier ainsi tout risque de dégradation des équipements.

Actuellement, ce prétraitement de l’air est effectué, selon le cas, par procédé PSA (pour «Pressure Swing Adsorption», ouadsorption à pression modulée) ou par procédé TSA (pour «Temperature Swing Adsorption» ou adsorption avec variation de température). Ces procédés se différencient par la manière de conduire la régénération de l’adsorbant, à savoir par effet lié à la pression dans le cas où ladite régénération s’effectue grâce à une pression inférieure à la pression d’adsorption ou par effet lié à la température quand elle s’effectue à une température supérieure à celle de l’adsorption. Il convient de noter qu’il peut y avoir également un effet de réduction de pression dans une unité de type TSA et que différentes appellations peuvent être utilisées dans ce cas. Dans ce document, on utilise le terme « TSA » dès lors qu’on utilise un effet de température pour régénérer, qu’il y ait ou pas un effet additionnel lié à la pression.

Classiquement, un cycle de procédé TSA de purification d’air comporte les étapes suivantes :

purification de l’air à pression super-atmosphérique et à température ambiante, éventuellement de l’ordre de 5 à 10°C en cas d’utilisation d’un moyen de réfrigération à l’amont de l’unité;
dépressurisation de l’adsorbeur jusqu’à la pression atmosphérique;
régénération de l’adsorbant à pression atmosphérique, notamment par de l’azote impur provenant de l’unité de séparation d’air et réchauffé jusqu’à une température habituellement entre 90 et 250°C au moyen d’un échangeur généralement du type réchauffeur électrique ou réchauffeur à vapeur;
refroidissement à température ambiante de l’adsorbant, notamment en continuant à y introduire ledit gaz résiduaire issu de l’unité de séparation d’air mais non réchauffé;
repressurisation de l’adsorbeur avec de l’air atmosphérique ou de l’air purifié, par exemple issu de l’adsorbeur se trouvant en phase de production.

Généralement, les installations de prétraitement d’air comprennent deux adsorbeurs, fonctionnant de manière alternée, c'est-à-dire que l’un des adsorbeurs est en phase de production pendant que l’autre est en phase de régénération.

Une installation de prétraitement d’air à basse pression met en œuvre des adsorbants sous forme de billes. Ceci nécessite de déployer une grande surface de passage, et une faible épaisseur de lit pour éviter l’attrition des billes et limiter les pertes de charges. L’enjeu consiste à proposer une solution avec une mise en œuvre simplifiée, en utilisant un assemblage d’éléments modulaires empilables, notamment des containeurs tel que des caissons métalliques parallélépipédiques, en particulier normalisés par l’organisme «ISO».

L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l’examen des figures qui l’accompagnent. Ces figures ne sont données qu’à titre illustratif mais nullement limitatif de l’invention.

La figure 1 est une représentation d’un assemblage d’éléments modulaires empilables formant une installation de prétraitement d’air à basse pression selon l’invention;

La figure 2 est une représentation schématique d’un adsorbeur de l’installation de prétraitement d’air à basse pression de la figure 1.

Comme visible sur la figure 1, l’installation de prétraitement d’air à basse pression comporte deux adsorbeurs. Chaque adsorbeur est formé par deux containeurs ISO empilés. Le containeur inférieur contient des lits d’alumine montés en parallèle deux à deux. Le containeur supérieur contient des lits de tamis montés en parallèle deux à deux.

Outre ces deux containeurs superposés, l’entrée et la distribution d’entrée sont intégrées dans un troisième containeur ISO (ici monté en amont du containeur inférieur).

En variante, l’entrée et la distribution d’entrée de l’adsorbeur peuvent être intégrées au containeur inférieur.

La distribution d’entrée peut être réalisée à l’aide d’une plaque perforée pour distribuer le gaz de façon homogène à l’entrée de chaque lit. De façon préférentielle, les perforations ne sont pas en regard de l’entrée de chaque lit.

La sortie et la distribution de sortie sont intégrées dans un quatrième containeur ISO (ici monté en aval du containeur supérieur).

La distribution de sortie peut être réalisée à l’aide d’une plaque perforée pour distribuer le gaz de façon homogène à la sortie de chaque lit. De façon préférentielle, les perforations ne sont pas en regard de la sortie de chaque lit.

En variante, la sortie et la distribution de sortie peuvent être intégrées au containeur supérieur.

Un filtre à poussières peut être intégré au containeur supérieur.

Les lits sont maintenus par deux grilles parallèles qui peuvent être verticales ou inclinées par rapport à la paroi verticale du containeur (sur la figure 2, les grilles parallèles sont inclinées et montées en «V»).

Seul du gaz qui a traversé les lits du containeur inférieur peut passer à l’interface entre les containeurs inférieur et supérieur, pour traverser ainsi les lits du containeur supérieur.

La figure 2 représente un adsorbeur en coupe, l’adsorbeur comportant deux containeurs empilés. Chaque containeur est de forme parallélépipédique et formé par des poutres, par exemple métalliques. Chaque containeur comporte huit coins ISO 101 et a une largeur orientée horizontalement par rapport au sol, une longueur orientée horizontalement par rapport au sol et une hauteur orientée verticalement par rapport au sol, quand il est intégré au sein de l’installation de prétraitement d’air à basse pression.

Les conteneurs ISO sont soumis à des normes de constructions et à des tests de performances spécifiques. Il en est de même pour les coins ISO.

Les coins ISO sont certifiés pour permettre leur utilisation « multimodale » en transport maritime, routier, ferroviaire voire aérien.

Des coins ISO en acier, en aluminium ou acier inoxydable sont disponibles dans le commerce selon leur usage spécifié.

L’adsorbeur de la figure 2 comporte ainsi un containeur inférieur comportant des lits d’alumine en parallèle.

Chaque lit est délimité par deux grilles parallèles entre elles et disposées de façon inclinée, notamment par rapport aux parois verticales du containeur.

En variante, les grilles sont disposées verticalement, c’est à dire dans un plan parallèle à une paroi verticale du containeur.

Dans une première phase (adsorption ou régénération), le gaz entre par le bas du containeur inférieur dans une première inter-paroi d’un côté du lit, et une fois le lit traversé, il sort par le haut du containeur inférieur dans une seconde inter-paroi de l’autre côté du lit. Le sens de circulation est inversé dans une seconde phase (respectivement régénération ou adsorption).

Ce containeur inférieur peut comporter un espace dédié à la circulation de fluides (gaines, tuyaux) qui le traverse verticalement, sans interaction avec les lits. Ce type d’espace est visible à la figure 2 (l’espace de gauche, à l’intérieur du containeur inférieur).

Lorsque les lits sont inclinés, ils sont préférentiellement inclinés de façon tête bèche pour former des V ou des V inversés, de façon à mutualiser la première inter-paroi et/ou la seconde inter-paroi entre 2 lits consécutifs, ce qui permet d’avoir l’entrée de la première inter-paroi plus grande que la sortie de la première inter-paroi et la sortie de la seconde inter-paroi plus grande que l’entrée de la seconde inter-paroi.

Les lits sont préférentiellement remplis en atelier de sorte que le containeur est transporté rempli. Chaque lit dispose de son système pour gérer le tassage éventuel des billes d’adsorbant, par exemple par la présence de plats, de cônes ou de prismes ouverts en partie supérieure pour permettre un appoint naturel par talutage depuis une réserve des billes d’adsorbant au-dessus desdits plats, desdits cônes ou desdits prismes.

Cet adsorbeur comporte en outre un containeur supérieur comportant des lits de tamis en parallèle.

Comme visible à la figure 2, le containeur supérieur est superposé au containeur inférieur.

L’ensemble des inter-parois de sortie du containeur inférieur alimentent l’ensemble des inter-parois d’entrée du containeur supérieur, préférentiellement chaque inter-paroi de sortie du containeur inférieur est en regard avec une seule inter-paroi d’entrée du containeur supérieur, un lit du containeur inférieur correspondant à un lit du containeur supérieur.

Seul du gaz qui a traversé les lits du containeur inférieur peut passer à l’interface entre les deux containeurs pour aller traverser les lits du containeur supérieur.

L’étanchéité à l’interface des deux containeurs est préférentiellement réalisée à la périphérie des containeurs inférieur et supérieur.

Les lits du containeur supérieur peuvent avoir le même volume, la même surface et la même épaisseur que les lits du containeur inférieur.

Ce containeur supérieur peut comporter un espace dédié à la circulation de fluides (gaines, tuyaux) qui le traverse verticalement, sans interaction avec les lits. Ce type d’espace est visible à la figure 2 (l’espace de gauche, à l’intérieur du containeur supérieur).

Claims

Adsorbeur, notamment d'une installation de prétraitement d’air à basse pression, comportant un assemblage d’au moins deux éléments modulaires empilables, chaque élément modulaire empilable comportant des lits d’adsorbant montés en parallèle deux à deux, l'adsorbeur comportant un moyen d'étanchéité disposé entre les deux éléments modulaires empilables.