Brevet FR2442077A1 — publié le 19800620

PROCEDE DE REGENERATION D'ADSORBEURS. La présente invention concerne un procédé de régénération d'adsorbeurs par action successive de gaz de régénération chauffé et non-chauffé. On connait un procédé de ce genre d'après la demande de brevet en République Fédérale d'Allemagne mise à l'inspection publique sous le No. 25 16 223. Dans ce cas, un adsorbeur chargé en composants adsorbés est initialement libéré des composants adsorbés pendant une phase de chauffage par passage de gaz de régénération chauffés, ce qui provoque l'echauf- fement de la masse d'adsorption. Dans la phase de refroidissement suivante, on fait passer du gaz de régénération non-chauffé dans l'adsorbeur de manière à le ramener à nouveau à la température à laquelle est effectuée la phase d'adsorption .L'énergie thermique nécessaire est fournie par un dispositif de chauffage où la chaleur est produite électriquement ou par brûlage de substances combustibles. En outre, il est prévu un accumulateur de chaleur qui reçoit de la chaleur pendant la phase de refroidissement du fait qu'on fait passer dans celui-ci un courant partiel du gaz de régénération froid qui a été échauffé dans le dispositif de chauffage. La chaleur absorbée est cédée pendant la phase de chauffage au gaz de régé nération qui ne reçoit ainsi directement du dispositif de chauffage, qu'une partie de l'énergie thermique totale qui lui est nécessaire . En outre, dans ce procédé connu, il est prévu de faire passer le courant de gaz de régénération à chauffer d'abord dans l'accumulateur de chaleur puis dans le dispositif de chauffage, avant qu'il ne pénètre finalement dans l'adsorbeur à régénérer. Ce mode opératoire présente, par comparaison au mode de réalisation où l'on emploie qu'un seul dispositif de chauffage, l'avantage que celui-ci ne peut fonctionner que pendant la phase de chauffage, la quantité de chaleur à fournir par le dispositif de chauffage étant transmise pendant une plus longue période, c'est-à-dire non seulement pendant la période de chauffe mais, également, pendant la période de refroidissement ultérieure, et qu'il est donc ainsi possible de disposer d'une puissance de chauffe plus faible. On obtient en outre une plus faible sollicitation thermique du dispositif de chauffage. Un inconvénient de ce procédé connu consiste en ce que, par suite du branchement en série de l'accumulateur de chaleur et du dispositif de chauffage, les pertes de pression se produisant inévitablement pendant la phase de chauffage s'additionnent, ce qui a un effet global défavorable sur le bilan énergétique du procédé. Un autre inconvénient consiste en ce que le sens d'écoulement du gaz de régénération ou du courant partiel dans le dispositif de chauffage est différent pendant la phase de chauffage et pendant la phase de refroidissement.Cela résulte du fait que le courant de gaz de régénération doit passer, pendant la phase de chauffage, d'abord dans l'accumulateur de chaleur car il ne peut être chauffé dans celui-ci qu'a une température bien déterminée qui ne peut pas dépasser une limite supérieure, et du fait qu'il n'est possible de réaliser un échauffement additionnel que dans le dispositif de chauffage. D'autre part, à cet égard, l'association, prévue dans le procédé connu, de l'accumulateur de chaleur et du dispositif de chauffage joue un certain rle. Cela ne permet pas de choisir à volonté la direction d'écoulement entre l'accumulateur de chaleur et le dispositif de chauffage.La direction d'écoulement qui est à chaque fois différente pendant la phase de chauffage et la phase de refroidissement fait cependant en sorte que les temperatures les plus élevées se produisent, au cours des deux phases, à chaque fois aux extrémités opposées du dispositif de chauffage, qui doit par conséquent être agencé de façon à pouvoir résister à ces hautes températures aux extrémités en question. Cela se traduit par une augmentation supplémentaires des frais d'investissement. L'invention a en conséquence pour but de fournir un procédé du type défini ci-dessus, qui permette une amélioration globale intéressante du bilan énergétique. En outre, on doit pouvoir réduire autant que possible les frais d'investissement pour la construction des appareils servant à la mise en oeuvre du procédé. Ce problème est résolu selon l'invention en ce que le courant de gaz de régénération est divisé, pendant la phase de chauffage, en deux courants partiels qu'on fait passer, avant entrée dans le ou les adsorbeurs, en parallèle, d'une part, dans le dispositif de chauffage et, d'autre part, dans l'accumulateur de chaleur. Par ces moyens, on réduit considérablement les pertes de pression dans la mise en oeuvre du procédé. Pendant la phase de chauffage, seule la plus grande des deux pertes de pression qui se produisent à chaque fois dans l'accumulateur de chaleur ou dans le dispositif de chauffage est déterminante pour le calcul de la perte de pression totale, à laquelle contribuent la charge placée dans l'adsorbeur et les tuyauteries. Cela est une conséquence directe du branchement en parallèle de l'accumulateur de chaleur et du dispositif de chauffage. Un autre avantage résulte de la possibilité de diviser les deux courants partiels, pendant la phase de chauffage, d'une manière optimale entre le dispositif de chauffage et l'accumulateur de chaleur.Notamment, avec un dimensionnement approprié et un préchauffage suffisant de l'accumulateur de chaleur, on peut obtenir que le dispositif de chauffage soit parcouru, pendant la phase de chauffage, seulement par un courant partiel de débit relativement faible, alors que, dans le procédé connu, tout le courant de gaz de régénération passe égale- ment dans le dispositif de chauffage. La réduction des pertes de pression est ainsi élevée, notamment pour le dispositif de chauffage. Du fait que les courants partiels peuvent avoir, pendant la phase de chauffage et après passage dans le dispositif de chauffage ou l'accumulateur de chaleur, des températures différentes de sortie, il s'établit après la recombinaison des écoulements, une température de mélange à laquelle le courant de gaz de régénération chauffé et recombiné est introduit dans les adsorbeurs à régénérer. Conformément à un mode avantageux de réalisation de l'invention, il est prévu que la direction d'écoulement des courants partiels passant dans le dispositif de chauffage soit la même pendant la phase de chauffage et la phase de refroidissement. Il en résulte que les températures les plus chaudes se produisent toujours à la même extrémité du dispositif de chauffage et qu'on ne doit par conséquent utiliser à cette extrémité que des matériaux de très grande résistance thermique. Dans le cas d'un dispositif de chauffage fonctionnant électriquement et qui est pourvu de résistances balayées par le gaz de régénération, on obtient l'avantage supplémentaire que les arrivées de courant peuvent etre réalisées à l'extrémité "la plus froide" du dispositif de chauffage, ce qui diminue par conséquent la sollicitation thermique. Dans un autre mode de réalisation de l'invention, il est prévu que le débit par unité de temps des courants partiels passant dans le dispositif de chauffage reste le même pendant la phase de chauffage et la phase de refroidissement. Le dispositif de chauffage peut alors fonctionner toujours à la même puissance de chauffe, la durée de la phase de chauffage pouvant être adaptée à celle de la phase de refroidissement en tenant compte des courants partiels différents qui passent dans l'accumulateur de chaleur pendant les deux phases. Par exemple, plus on allonge la durée de la phase de refroidissement par rapport à celle de la phase de chauffage, plus la puissance de chauffe à exercer en permanence est faible et, en outre, plus la fraction du gaz de régénération à chauffer simplement dans l'accumulateur de chaleur pendant la phase de chauffage est grande.Une diminution de la puissance de chauffe est cependant liée avantageusement à une réduction de la sollicitation thermique du dispositif de chauffage. On doit, par conséquent, s'efforcer d'allonger temporellement autant qu'il est possible la phase de refroidissement par rapport à la phase de chauffage. L'invention peut, par exemple, être appliquée au domaine de la décomposition de l'air par rectification à basse température. Flle peut servir, dans ce cas, à la régénération des adsorbeurs, pourvus de remplissages à tamis moléculaires, pour enlever la vapeur d'eau et le gaz carbonique de l'air brut avant son refroidissement. De tels postes à absorbeurs à tamis moleculairessont disposés, dans des installations de décomposition de l'air, en amont des échangeurs de chaleur principaux, qui peuvent etre agencés, par exemple, sous la forme de régénérateurs ou de simples échangeurs de chaleur à contre-courant. On utilise dans ce cas plusieurs adsorbeurs commutables cycliquement.Comme gaz de régénération, on utilise avantageusement l'azote impur qui a été séparé par rectification et qui a été échauffé à peu près à la température ambiante dans les échangeurs de chaleur principaux. Le procédé selon l'invention n'est cependant pas limité à l'application précitée. On peut l'utiliser dans de larges domaines, dans tous les cas où on doit régénérer des adsorbeurs à l'aide d'un gaz de balayage chauffé. Il n'est en aucune manière nécessaire de limiter le domaine d'application de l'invention à des adsorbeurs commutables cycliquement. Au contraire, l'invention peut être appliquée également à la régénération d'un adsorbeur unique qui est commuté par intermittence entre la phase d'adsorption et la phase de régénération, les courants gazeux produits en correspondance n'étant naturellement pas engendrés de façon continue. D'autres buts et avantages de la présente invention apparaitront à la lecture de la description suivante et des figures jointes, données à titre illustratif mais non limitatif. La Figure 1 représente schématiquement la canalisation de l'écoulement pour la régénération d'un adsorbeur pendant la phase de chauffage. La Figure 2 représente schématiquement la canalisation de l'écoulement pour la régéneration du même adsorbeur pendant la phase de refroidissement. Sur les figures, on a représenté seulement un adsorbeur 1 qui se trouve précisément dans la phase de régénération, et qui peut également donc représenter l'un de plusieurs adsorbeurs à régénérer, dont les périodes de fonctionnement sont décalées temporellement les unes par rapport aux autres. On a en outre représenté un dispositif de chauffage 2 et un accumulateur de chaleur 3. Pendant la phase de chauffage représentée sur la Figure 1, on doit faire passer 38 000 Nm3/h d'un gaz de régénération, par exemple de l'azote, comprimé à environ 1,2 bar, et se trouvant à une température d'environ 20 C, dans un tuyau 4. Une vanne 8 est ouverte, une vanne 9 est fermée et une vanne à trois voies 11 établit la communication entre les tuyaux 10 et 16. Le gaz de régénération est ainsi réparti dans les tuyaux 6 et 7 de manière que 10 000 Nm3/h passent dans le dispositif de chauffage 2 et 28 000 Nm3/h passent dans l'accumula.-ur de chaleur 3. Le dispositif de chauffage, fonctionnant électriquement, reçoit une puissance de 877 kw. Cela conduit à un chauffage du courant partiel correspondant une température de 2610C. Le courant de gaz passant dans l'accumulateur de chaleur est chauffé à 2330C par la masse accumulée, qui a été préalablement échauffée. Les courants partiels chauffés qui sortent par l'intermédiaire des courants 14 et 15 sont recombinés dans le tuyau 16 où s'établit une température de mélange de 240 C. Au total, il passe ainsi 38 000 Nm3/h d'un gaz de régénération, porté à cette température de mélange, dans la masse d'absorption de l'adsorbeur 1, ce gaz entratnant dans cet appareil l'adsorbat, qui a subi une désorption sous l'action de la chaleur, et il sort de l'adsorbeur 1 par l'intermédiaire du tuyau 5. La Jurée de la phase de chauffage est de 0,47 h. Pendant la phase de refroidissement suivante, la vanne 8 est fermée, la vanne 9 est ouverte et la vanne à trois voies 11 établit la communication entre les tuyaux 10 et 13. 28 000 Nm3/h de gaz de régénération nonchauffé pénètrent maintenant dans l'adsorbeur par l'intermédiaire des tuyaux 13 et 10, tandis qu'à nouveau 10 000 Nm3/h sont dérivés par l'intermédiaire du tuyau 6 et sont canalisés successivement dans le dispositif de chauffage 2 et l'accumulateur de chaleur 3. Après échauffement de la masse contenue dans l'accumulateur, ce courant partiel sort de l'installation, par l'intermédiaire du tuyau 12, à une température d'environ 45oC. La durée de la phase de refroidissement s'élève à 1,33 h. Pendant la phase de chauffage, il se produit les pertes de pression suivantes: - 50 mbars dans l'adsorbeur 1, - 50 mbars dans les tuyaux, - 20 mbars dans le dispositif de chauffage, et - 35 mbars dans l'accumulateur de chaleur. La perte maximale de pression s'élève ainsi à environ 135 mbars. Les pertes de pression se produisant dans le procédé connu précité s'élèvent par contre également à 50 mbars dans l'adsorbeur et dans les tuyaux et à 35 mbars dans l'accumulateur de chaleur mais, cependant, à 79 mbars dans le dispositif de chauffage, de sorte que, dans le procédé connu, les pertes de pression se produisant dans le dispositif de chauffage et dans l'accumulateur de chaleur pendant la phase de chauffage s'additionnent. Dans le dernier cas, la perte de pression maximale atteint environ 214 mbars. La perte de pression relativement grande se produisant dans le dispositif de chauffage avec le procédé connu résulte du fait que le courant total de gaz de régénération doit passer dans le dispositif de chauffage. Dans l'exemple de réalisation décrit ci-dessus, on obtient, grace à l'application de l'invention, une diminution d'environ 40% des pertes de pression se produisant lors de la régénération de l'adsorbeur. Les pertes de pression se produisant pendant la phase de refroidissement sont, pour le procédé connu, les mêmes que pour le procédé selon l'invention. Les pertes maximales de pression correspondent essentiellement dans les deux cas simplement aux pertes se produisant dans l'adsorbeur et dans les tuyaux, c'est-à-dire au total environ 100 mbars, car la somme des pertes de pression enregistrées dans le dispositif de chauffage et dans l'accumulateur de chaleur est, dans les deux cas, bien inférieure à cette valeur de 100 mbars. Du fait que, pendant la phase de refroidissement, on branche en parallèle, d'une part, l'adsorbeur et, d'autre part, le dispositif de chauffage et l'accumulateur de chaleur, il intervient dans le bilan thermique simplement la plus grande des deux pertes de pression enregistrées. Bien entendu, la présente invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés; elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art, suivant les applications envisagées et sans que l'on ne s'écarte de l'esprit de l'invention. REVENDICATIONS 1.- Procédé pour régénérer des adsorbeurs par passage d'un gaz de régé nération chauffé pendant une phase de chauffage et de gaz de régénération non-chauffé pendant une phase de refroidissement suivante, un courant partiel de gaz de régénération étant dérivé pendant la phase de refroidissement et passant successivement dans un dispositif de chauffage et un accumulateur de chaleur, procédé caractérisé en ce que le courant de gaz de régénération est divisé, pendant la phase de chauffage, en deux courants partiels qu'on fait passer, avant entre dans le ou les adsorbeurs, en parallèle, d'une part, dans le dispositif de chauffage et, d'autre part, dans l'accumulateur de chaleur. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le sens s'écoulement des courants partiels passant dans le dispositif de chauffage est le même pendant la phase de chauffage et la phase de refroidissement. 3.- Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le débit par unité de temps des courants partiels passant dans le dispositif de chauffage est le même pendant la phase de chauffage et la phase de refroidissement.