Brevet FR2474887A1 — publié le 19810807

L'invention concerne un ensemble de traitement de lavage de gaz constitué par des éléments unitaires d'absorption et/ou désorption comportant chacun, dans sa partie basse, UD moyen de soutien pour un gar nissage et présentant, chacun, au moins deux ouvertures ou tubulures de gaz, respectivement pour l'entrée et pour la sortie. On connais des ensembles, du type rappelé ci-dessus, utilisés pour éliminer un ou plusieurs constituants d'un mélange gazeux, de tels ensembles compre nuant : - une colonne d'absorption à garnissage, dans laquelle le ou les composants a' éliminer sont dissous dans un solvant sélectif approprié circulant à travers le garnissage à vontre-courant du mélange gazeux ; - une colonne de désorption, de conception analogue à la précédente où le solvant, utilisé en circuit fermé, est régénéré au contact d'une circulation d'air ou autre gaz avant d'autre réintroduit dans la colonne d'absorption. Le fonctionnement d'un tel ensemble exige en général deux pompes à liquide, de même débit, et deux ventilateurs ou surpresseurs de gaz et d'air. Le but de la présente invention est de proposer un nouvel ensemble de lavage adaptable aux débits nominaux les plus variés, y compris les petits débits économiques de construction et permettant de réduire le nombre des auxiliaires, par exemple à une seule pompe et à un seul surpresseur et fonctionnant avec des consommations d'éner- gie très réduites. Ce but est atteint, selon l'invention, par le fait que les éléments unitaires sont de type modulaire empilable jointivement et les ouvertures ou tubulures de gaz se présentent latéralement. A l'inverse de la pratique habituelle, l'invention permet la réalisation de colonnes de hauteur réduite eapilables, ce qui permet de n'utiliser qu'une seule pompcg grâce â la superposition d'un élément d'absorp tion et d'un élément de désorption, superposition qui permet la circulation générale descendante du liquide à travers l'un, puis l'autre des éléments. En outre, on peut se contenter, pour faire circuler les gaz, de la pression engendrée en amont par le gaz produit dans le générateur du mélange gazeux à traiter, ce qui est très possible grâce à la faiblesse des pertes de charges dans la colonne d'absorption.On voit que l'invention permet, en outre, de réaliser des installations d'épuration d'efficacité et de débit adaptés à des générateurs de gaz de caractéristiques diverses grâce au montage en série ou en parallèle, ou en combinaison série-parallèle d'un nombre variable d'éléments modulaires identiques de faible taille fabriqués économiquement en série. Selon l'invention, chaque grille de soutien pour un garnissage est à proximité immédiate du bas de chaque élément unitaire0 Il est avantageux que chaque unité soit constituée par une virole et que chaque virole comporte une bride d'assemblage par empilage. Pour permettre la superposition de deux unités ayant des fonctions différentes, par exemple une fonction d'absorptioa et une fonction de désorption, il est avantageux que l'ensemble comprenne, en outre, des éléments de siphonnage, comportant chacun un puits et un collecteur à élément tubulaire plongeant dans le puits, intercalables entre deux éléments unitaires superposés, Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, le puits et le collecteur à#élément tubulaire sont constitués en deux pièces séparées et le collecteur à élément tubulaire constitue le fond d'un élément unitaire. Il est alors possible, selon llinven- tion, qu'un élément unitaire et un collecteur à élément tubulaire associé soient d'une pièce. Selon un mode de réalisation particulier permettant la fabrication par moulage et le transport par emboîtage des éléments unitaires, ceux-ci sont coniques et emboîtables les uns dans les autres et ils comportent des organes séparables d'empilement. Ce mode de réalisation peut 51 appliquer aussi bien aux unités avec élément tubulaire venu d'une pièce qu'aux unités non munies d'un tel élément. Pour stocker la totalité du liquide normalement en circulation dans l'installation en cas d'arrêt de fonctionnement, il est conforme à l'invention que l'ensemble comprenne, en outre, une cuve et des moyens de support par cette cuve d'un élément unitaire modulaire. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description, qui sera donnée ci-après, uniquement à titre d'exemple, de modes de réalisation de l'invention. On se reportera, à cet effet, aux dessins annexés, dans lesquels - la figure 1 est une vue en coupe schématique d'un mode de réalisation de l'invention avec des éléments unitaires cylindriques, - la figure 2 est une vue en coupe d'une variante de deux éléments unitaires coniques emboR- tés pour le transport, - la figure 3 représente les mêmes éléments qu'à la figure 2, mais empilés pour constituer une partie d'un ensemble de lavage, - les figures 4 à 9 représentent schématiquement des possibilités d'assemblage d'éléments modulaires de l'invention. La figure 1 représente un ensemble de traitement de lavage de gaz construit selon un premier mode de réalisation de l'invention. Cet ensemble est constitué par deux éléments unitaires 1, 1' identiques de construction, servant respectivement d'éléments d'absorption 1 et de désorption 1' et une cuve 2. Les éléments unitaires 1 et 1' sont des viroles 3 comportant chacune des brides 4 d'assemblage les unes aux autres par empilage. Pareillement la cuve 2 présente â sa partie supérieure une bride d'assemblage 5 identique aux brides 4 pour son assemblage à la bride 4 la plus basse des viroles 1, 1' que la cuve 2 supporte Les brides sont réunies vis-à-vis, comme représente' à la figure 1 et sont jointoyées de façon étanche comme il est connu en soi. Près de l'une de ses extrémités, désignée comme le bas de l'élément unitaire, chaque virole 1, 12 reçoit une grille 6 occupant toute sa section pour supporter, comme il est connu en soi, un garnissage 7. A chacune de ses extrémités et, en deçà de chaque bride 49 chaque virole présente une ouverture latérale 8 de raccordement à une tubulure extérieure 9 ou 9'. Pour assurer la séparation des courants de gaz et/ou d'air dans chacun des éléments unitaires, tout en permettant une circulation générale descendant du liquide de lavage de gaz, il est prévu, selon l'invention, un siphon 10 en deux pièces. Une première pièce 11 se présente comme un puits 12 à fond étanche dont les bords supérieurs se prolongent extérieurement par une grille ou plaque perforée 13 occupant, en retrait de l'ouverture supé rieure 8, la section de la partie supérieure de la virole 1 à laquelle elle est fixée calée par des taquets 14 pré et entre,les#ueis le gaz t passer vus à cet effetOLaeuxieme pièce du siphon 10 est un collecteur 15 en forme d'entonnoir occupant toute la section d'une virole et dont les bords sont pris entre les brides vis-à-vis des viroles 1 et 1' de façon à ce que le liquide recuilli soit dirigé vers un élément tubulaire 16 servant de bec d'entonnoir plongeant dans le puits 12. Le siphon 10 fait ainsi office de joint liquide permettant la circulation générale de liquide de haut en bas, mais empechant le passage des gaz d'un élément unitaire à 'autre, A la base de la cuve 2 est prévue une canalisation de sortie 17 d'où une pompe 18 ramène le liquide en haut de l'ensemble par une canalisation 19 travers sant un couvercle 20 fixé de façon étanche sur la bride 4 supérieure de la virole 1 . Sous ce couvercle 20 est dispo sée, sur les taquets 14, une grille 21 de distribution de liquide. Le gaz à épurer est amené à l'élément unitaire 1 par la canalisation inférieure 9 et en est extrait, après passage à travers le garnissage et le liquide de ruisselement, par la canalisation supérieure 9 du même élément unitaire 1. Avant d'être recyclé en tête, le solvant liquide pollué par le gaz lavé en I est traité par désorption par un gaz (air ou autre selon la nature des produits) d'épuration du solvant liquide. Ce gaz est amené à l'élément unitaire 1' par sa canalisation inférieure 9' et est extrait par la canalisation supérieure 9' du même élément 1'. En cas d'arrêt, la cuve 2 reçoit la totalité du liquide de l'installation. La figure 2 représente une variante d'éléments unitaires coniques, venus de moulage, et emboftables les uns dans les autres. Pour le transport, les éléments unitaires coniques 30, 30' ayant chacun un collecteur 31 à élément tubulaire 32 sont embottés l'un dans l'autre et les éléments tubulaires 32 sont également coniques. A la figure, on n'en a représenté que deux, mais on peut en empiler beaucoup plus en un seul lot. Les éléments unitaires 30, 30' présentent, du côté opposé au collecteur 31, un rebord extérieur 33.Pour empiler les éléments unitaires 30, 30', comme à la figure 1, on peut prévoir un assemblage à baïonnette ou utiliser des équerre30 34 démonta- bles réparties sur le pourtour, fixées de façon étanche sur l'ement7 l'élément 30', identique, par le fond du collecteur 31. Un point annulaire 35 assure l'étanchéité de jonction entre les deux éléments 30 et 308. Des grilles circulaires analogues aux grilles 6 et 21, peuvent être installées dans les éléments unitaires 30 et 30', moyennant le choix approprié de leur diamètre pour obtenir leur mise en butée au niveau de lwélément présentant le même diamètre et moyennant la précaution pour des grilles analogues à 21 de ménager sur leur pourtour des passages pour la circulation du gaz.Une pièce il comportant un puits 12 et une grille 13 peut être installée de la même façon sous chaque collecteur 31. On peut comploter l'équipement de la même façon qu'à la figure 1 avec une cuve, un couvercle, une pompe et une conduite de recirculation. A cet effet, des ouvertures 8 peuvent etre prévues d'origine à la fabrication. On a représenté sur les figures 4 à 9, cinq variantes d'assemblage d'éléments unitaires de l'invention pour montrer l'infinité de leurs possibilités d'adaptation. Dans ces figures A désigne un élément d'absorption, D un élément de désorption, R une cuve, GB le gaz brut, GE le gaz épuré, GR le gaz de régénération. La disposition de la figure 4 présente la superposition en alternance d'éléments d'absorption et de désorption avec laquelle une régénération intermédiaire du solvant a lieu, et permet d'obtenir, des l'entrée du mélange gazeux dans le compartiment inférieur de l'épurateur, une dissolution des composants à éliminer plus importante que dans les épurateurs à garnissage habituels dans la partie basse desquels le solvant arrive dans un état déjà proche de la saturation. Il serait possible de disposer dans une colonne le désorbeur au-dessus de l'absorbeur, comme dans la figure 5. Cette disposition aurait toutefois l'iaconvé- nient de faire circuler dans la pompe un liquide non régénéré pouvant posséder des propriétés corrosives. A la figure 6 on a doublé chaque élé-- ment pour obtenir une colonne double de celle de la figure 1. A la figure 7, on a, au contraire, dédoublé l'arrangement de la figure 6 en installant en parallèle deux colon Des semblables à celle de la figure 1. A la figure 8 on a le même montage, sauf que le gaz brut est épuré en deux étages par passage en série à travers les deux cellules d'adsorption. A la figure 9 le nombre de cellules d'adsorption (deux) est supérieur à celui des cel lules de désorption (une). Les dispositifs décrits peuvent être utilisés particulièrement pour équiper les installations de production de biométhane. Le solvant est destiné essentiel lement dans ce cas à éliminer le gaz carbonique (dioxyde de carbone) présent dans le mélange gazeux sortant du fermenteur et, subsidiairement, l'hydrogène sulfuré présent aussi parfois dans le mélange en moindre proportion. Le liquide solvant peut alors à la rigueur être simplement de l'eau pure. Au sortir du désorbeur, le gaz carbonique est généralement rejeté, dans l'atmosphère ambiante, mais il est possible de s'en servir pour enrichir en cet élément l'atmosphère intérieure d'une serre. Dans le désorbeur, l'hydrogène sulfuré dissous dans l'eau est partiellement oxydé et le soufre qu'il contient précipite. On peut récupérer ce dernier lors d'un remplacement de l'eau de l'installation. Ce double effet du lavage du gaz évite d'avoir besoin d'un épurateur à oxyde ferrique séparé pour éliminer l'hydrogène sulfuré0 Dans le cas de l'application envisagée ci-dessus, il est possible deaccroitre la solubilité du gaz carbonique dans le solvant en remplaçant au départ l'eau pure par une solution etenflue de potasse. On peut utiliser aussi la propriété des éthanolamines de constituer également avec le gaz carbonique des carbonates instables. L'épuration obtenue avec une telle installation est fonction de la température et du débit du liquide solvant, ainsi que de la composition et du débit du mélange gazeux. Lorsqu'on désire obtenir avec le minimum de dépense d'énergie et le minimum de perte du composant -wtilefi si celui-ci est légèrement soluble dans le liquide wolval, un gaz épuré de richesse constante en dépit des variations de débit du générateur fournissant un mélange gazeux, de composition sensiblement stable, deux modes principaux de fonctionnement de l'installation d'epuration sont possibles: : - fonctionnement en continu à débit va riable, nécessitant alors un dispositif de commande réglant le ébit du liquide solvant en fonction de sa température et du débit de gaz ; - fonctionnement discontinu à débit constant nécessitant l'installation d'un petit réservoir intermédiaire de gaz brut, mais un réglage de débit du liquide solvant simplement en fonction de sa température. Pour de grandes variations de débit résultant, par exemple, de la mise en service d'un nombre variable de cuves de production dans une batterie de fermenteurs il convient de prévoir, en plus des solutions ci-dessus, la possibilité de mettre en jeu un nombre va riable de colonnes d'épuration. il en serait de meme dans le cas de variations importantes de la composition du mé lange gazeux. RB NDICATIONS 1) Ensemble de traitement de lavage de gaz constitué par des éléments unitaires d'absorption et/ou désorption comportant chacun, dans sa partie basse, un moyen de soutien pour un garnissage et présentant, chacun, au moins deux ouvertures ou tubulures de gaz, respectivement pour l'entrée et pour la sortie, caractérisé en ce que les éléments unitaires 1, 1', 30, 30' sont de type modulaire empilable jointivement et les ouvertures (8) ou tubulures (9, 9') de gaz se présentent latéralement. 2) Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque grille de soutien (6) pour un garnissage (7) est à proximité immédiate du bas de chaque élément unitaire (1, 1', 30, 30'). 3) Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque élément comporte dans sa partie haute un moyen de support pour un distributeur de liquide. 4) Ensemble selon la revendication 1, dans lequel chaque unité est constituée par une virole, caractérisé en ce que chaque virole (1, 1') comporte une bride d'assemblage (4) par empilage. 5) Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend, en outre, des éléments de siphonnage (10), comportant chacun un puits (12) et un collecteur (15) à élément tubulaire (16) plongeant dans le puits (12), intercalables entre deux éléments unitaires (1, 1') superposés. 6) Ensemble selon la revendication 5, caractérisé en ce que le puits (12) et le collecteur (15) à élément tubulaire (16) sont constitués en deux pièces (15, 11) séparées et le collecteur (15) à élément tubulaire (16) constitue le fond d'un élément unitaire (1). 7) Ensemble selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'un élément unitaire (30, 30') et un collecteur (31) à élément tubulaire associé (32) sont d'une pièce. 8) Ensemble selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les éle- ments unitaires (30, 30') sont coniques et emboîtables, les uns dans les autres, et ils comportent des organes (34) séparables d'empilement. 9) Ensemble selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comprend, en outre une cuve (2, R) et des moyens de support (5) par cette cuve (2, R) d'un élément unitaire modulaire (1, 30).