Brevet FR2532187A1 — publié le 19840302

i 87 Procédé et installation-pour l'épuration d'un courant gazeux dans un filtre à adsorption ". La présente invention concerne un procédé pour l'épuration d'un gaz contenant des gaz ou vapeurs orga- niques, notamment un courant de gaz chargé Jusqu'au voi- sinage de la saturation, dans un filtre à adsorption. Elle s'étend à une installation pour l'application de ce procédé. Dans la technique d'épuration des gaz, on procéde, dans de nombreux cas, à la séparation de matières organi- ques en forme de vapeurs, par adsorption dans un matériau adsorbant en charbon actif Pour cela, on c onduit le cou- rant de gaz à travers une couche de matériau d'adsorption en grains, de sorte que, par turbulence et diffusion, les molécules à séparer soient transportées dans le char- bon actif, dans lequel elles sont maintenues par adsorption et condensation capillaire Une chaleur d'adsorption est alors libérée qui échauffe le matériau adsorbant et le courant de gaz à épurer. Cette augmentation de température; qui est détermi- née essentiellement uniquement par la concentration, atteint, dans le cas d'un degré de concentration élevé des matières à séparer, des valeurs telles que la sépara- tion se trouve empêchée, parce que les charges d'équili- bre qu'on peut atteindre diminuent avec la température croissante, de telle sorte que les concentration dans le gaz épuré restent à un niveau élevé. En outre, avec cet accroissement de la température, le risque augmente d'une inflammation ou, plus générale- ment, le risque de réactions chimiques indésirables En vue de réduire cet accroissement de la température, le gaz à épurer est fréquemment mélangé avec de l'air atmos- phérique, de telle sorte que la concentration en matières à séparer soit réduite à une valeur inférieure désirée, avant l'introduction dans le lit de matériau adsorbant. Cependant, avec cette augmentation du courant de gaz à épurer, croît également le besoin d'énergie de la souf- flante et, dans bien des cas, également la grandeur du filtre nécessaire Plus particulièrement, le taux d'émis- sion en tant que produit de la concentration par le volume du courant de gaz reste toujours élevé, meme 51 la concentration en gaz pur est abaissée, parce que, en même temps, le courant de gaz se trouve augmenté. Le brevet DE 30 20 656 a pour but d'éviter ces in- convénients par deux mesures: Au lieu d'un lit de char- bon actif, on dispose, connectés en série, plusieurs lits, et le courant de gaz-à épurer est dirigé, chaque fois entre deux lits, dans un réfrigérateur o il est refroidi. Grâce à ce refroidissement intermédiaire, il est possible d'évacuer la chaleur dégagée par l'adsorption Une con- centration toujours élevée, encore présente dans le gaz épuré, peut encore être évitée, suivant ce brevet, par une post-combustion Pour obtenir, d'après cette proposi- tion, les valeurs d'émission faible désirées ou exigées, il est nécessaire de prévoir une construction coûteuse du filtre à adsorption, avec plusieurs réfrigérants intermé- diaires connectés aux étages contenant les matériaux d'adsorption, et, le cas échéant, une post-combustion est nécessaire En plus de la dépense d'installation, il faut encore tenir compte de la dépense d'énergie pour le refroidissement intermédiaire et pour l'entretien de la postcombustion. La présente invention a pour but de créer un procédé, avec lequel un courant de gaz peut être épuré de manière telle, que les valeurs d'émission désirées ou imposées sont atteintes et maintenues, en évitant-les inconvénients de l'état de la technique L'invention a également pour but de proposer 'une installation de constitution simple et efficace pour l'application de ce procédé - Dans ce but, le procédé conforme ài l'invention est caractérisé en ce que le courant de gaz chargés de vapeurs ou de gaz organiques est mélangé avec un gaz dans le cir- cuit d'écoulement et est amené, en commun avec celui-ci', à travers la couche de matériau d'adsorption du filtre, auquel cas le volume du courant du gaz en circulation est supérieur au volume du courant de gaz à épurer, et, après le passage du courant gazeux de mélange à travers la cou- che de matériau adsorbant, un courant partiel du gaz ainsi épuré est dérivé et évacué, le volume de courant de gaz dérivé correspondant au vglume du courant de gaz à épurer et le reste du gaz épuré est ramené et remis en circulation au point de mélange, o il est à nouveau mélangé avec du gaz à épurer. Etant donné que la concentration des matières à séparer se trouve abaissée en rapport entre volume du courant de gaz à épurer et volume du courant de gaz en circulation, et étant donné que le volume de courant de gaz en circulation est supérieur au volume du courant de gaz à épurer, la concentration en matières à séparer est abaissée à une valeur inférieure à la moitié de celle de la concentration à l'entrée. En général, même dans le cas de très hautes concen- trations, telles que dans des gaz comprimés dans les ré- servoirs lors de leur remplissage notamment lorsque leur contenu consiste en hydro-carbures facilement volatils, un abaissement de concentration d'un ordre de grandeur est suffisant Pour cela, il est nécessaire que le volume du courant de gaz en circulation, ait une valeur supérieu- re d'un facteur compris entre 5 et 20, du volume du cou- rant-de gaz à purifier. Suivant une autre forme de réalisation du procédé de l'invention, il est proposé que le gaz en circulation soit refroidi, de préférence après avoir traversé la souf- flante qui déplace le gaz Grâce à cette proposition, il est retiré du gaz en circulation, la chaleu existante dans le gaz épuré évacué ainsi que celle dégagée par les surfaces extérieures des appareils constituant le circuit de gaz Il est ainsi possible de compenser, en plus de la chaleur due à l'adsorption, également la chaleur perdue de la soufflante de circulation de gaz. Enfin, il est proposé de faire passer le courant partiel de gaz épuré, dérivé avant son évacuation, à travers une autre couche de matériau adsorbant On amène à cette autre couche un courant de gaz dont le volume correspond au volume de gaz à épurer La concentration des matières à séparer est alors extrêmement faible, et, en tous cas elle croît lorsque la couche de matériau adsorbant placée dans le circuit est déconnectée, c'est- à-dire a atteint sa charge maximale La séparation dans cette autre couche de matériau adsorbant donne l'assurance que le gaz de sortie est pratiquement exempt d'impuretés à séparer Cette condition est également réalisée lorsque la couche de matériau adsorbant qui est placée dans le circuit est chargée jusqu'à sa saturation maximale et que, dans le courant de gaz un accroissement de la concen- tration des matières à séparer indique que cette satura- tion est atteinte Il est évident que, lorsqu'est atteint cet état de saturation, le filtre à adsorption doit être régénéré. Pour l'application de ce procédé, l'invention propose une installation caractérisée en ce qu'un circuit de gaz avec soufflante de circulation et conduites de liaison est raccordé au filtre à adsorption, auquel cas la con- duite d'amenée pour le gaz à épurer débouche dans le cir- cuit dans la conduite côté aspiration de la soufflante, le récipient contenant le filtre à adsorption présentant des couches séparées et espacées de matériau adsorbant, la conduite de retour du circuit étant raccordée dans l'espace intermédiaire des deux couches de matériau adsor- bant et le récipient du filtre à adsorption présente un raccord pour la déviation de gaz épuré cônnecté après la seconde couche de matériau adsorbant. En outre, il est proposé de prévoir un réfrigéra- teur monté à la suite de la soufflante de circulation. Avec cette disposition, le procédé peut être appliqué de manière simple Les caractéristiques de la soufflante sont alors déterminées par le rapport de mélange à main- tenir ou désiré, ainsi que par la différence de pression que doit surmonter le courant de gaz en circulation En ce qui concerne la chaleur d'adsorption, libérée à la- -quelle on doit s'attendre, et la chaleur perdue de la soufflante, les surfaces extérieures du récipient du fil- tre à adsorption et des conduites tubulaires sont dimen- sionnées de telle sorte que soit assurée une évacuation suffisante de chaleur Le montage d'un réfrigérateur dans le circuit, conformément à cette proposition de l'inven- tion, permet une évacuation supplémentaire de la chaleur d'adsorption ainsi que des pertes de chaleur de la souf- f lante. En outre, il est proposé que, dans chacune des con- duites du circuit conduisant au conteneur du filtre à adsorption soit monté un organe d'obturation Ces organes d'obturation permettent de séparer le circuit du filtre à adsorption, en vue par exemple d'une régénération du fil- tre La régénération peut alors être réalisée par des moyens courants, par exemple au moyen de vapeur surchauf- fée ou d'un gaz inerte chauffé L'agent de désorption est alors amené à contre courant par la conduite d'évacuation de gaz épuré, et l'agent de désorption chargé des matières désorbées est avacué par la conduite d'amenée de gaz de circulation. Suivant une autre caractéristique, il est prévu un second filtre à adsorption, la soufflante pouvant être reliée au choix avec le premier ou avec le second filtre par l'intermédiaire d'organes de barrage affectés par paire aux filtres Dans cette double disposition, bien que, évidemment d'autres dispositions multiples soient possibles un fonctionnement en continu du filtre est possible Chaque fois, l'un des filtres raccordé peut être en position de "régénération" tandis quel'autre est en position "épuration de gaz". Une autre proposition consiste en ce que, dans la conduite d'amenée de gaz à épurer, est prévue une soupape d'arrêt qui s'oppose à un écoulement en retour, à partir du circuit, dans la conduite d'amenée dans le cas o, pour une raison quelconque, une dépression accrue pour- rait se produire. Enfin, suivant une autre forme de réalisation, l'ins- tallation est caractérisée en ce que la conduite d'amenée de gaz brut est pourvue d'un dispositif de sécurité à l'égard de l'apparition d' une flamme Dans le cas d'applications avec des vapeurs ou gaz inflammables, un tel accident est exclu grâce à cette sécurité Même dans le cas d'absorbeurs censés être parfaitement inertes, il existe toujours le risque que la formation de "vides" de surchauffe isolés localement soit exclue grâce au dispo- sitif de sécurité De tels "vides" de surchauffe peuvent donner lieu à un début d'inflammation par la présence ou par l'apport d'oxygène La propagation en retour dans la conduite d'amenée de gaz est empêchée par le dispositif de sécurité à l'égard d'une décharge de flamme. * La figure du dessin annexé représente un schéma d'écoulement pour une installation à deux filtres d'adsorp- tion 1 et 2 Le courant de gaz à épurer, contenant-géné- ralement des impuretés organiques est guidé, par l'inter- médiaire de la conduite de branchement 10 au point de mélange 8 situé au coté aspiration d'une soufflante de circulation, et, de là, dans le courant d'air environnant amené par les conduites 7 Ces conduites 7 relient, par l'intermédiaire du tronçon de conduite 7 1, le point de mélange avec la soufflante 6, et, ensuite, la soufflante 6 est reliée, par un tronçon de conduite 7 2, à un réfri- gérateur 5 monté-à la suite, dont la sortie conduit aux deux conduites 7 3-1 et 7 3-2 Dans le parcours de ces tronçons de conduite 7 3-1 et 7 3-2, qui vont respective- ment aux filtres à adsorption 1 et 2, sont disposées des soupapes d'obturation 11 1 et 11 2 qui permettent l'amenée à l'un ou l'autre des filtres. Le courant de circulation traverse la couche de matériau adsorbant 3 du filtre 1 admis à fonctionner, et il quitte le filtre par le raccord de la conduite 7 4-1 dans le parcours de laquelle est prévu le robinet 12 1 - ici ouvert vers le point de mélange 8. D'une manière analogue, la conduite 7 4-2 ramène le courant d'écoulement, à travers le robinet 12 2 fermé, vers le point de mélange 8, lorsque, c'est le filtre 2 qui est mis en circuit par ouverture des robinets 11 2 et 12 2 Une seconde couche de matériau adsorbant 4 dans ce filtre 1 donne la possibilité de capter les traces encore restantes d'impuretés qui n'auraient pas éventuel- lement été séparées dans la couche de matériau d'adsorp- tion 3 Le gaz qui correspond, dans son volume, au volume du courant de gaz à épurer, quitte le système à travers le raccord de branchement 9 1 Comme système ouvert, il n'est évacué alors, seulement autant de gaz par le raccord 9 qu'il en a été amené au système, à travers la conduite d'amenée 10 Une certaine "respiration" d'adaptation de la circulation aux variations de température est ainsi possible. La caractéristique de l'invention est expliquée ci-après à titre d'exemple: A partir d'un réservoir de stockage de benzène, est évacuée, lors du remplissage, une quantité maximale de 300 m 3 par heure "d'air compri- mé" Ce dernier contient 330 grammes par m 3 de benzène sous forme gazeuse, correspondant à la concentration de saturation à la température environnante Ce courant de gaz doit alors être épuré de telle sorte que la concen- tration restante en vapeur de benzène devienne d'un ordre de grandeur inférieur à la valeur limite admissible de 20 mg/m 3 Cela est obtenu par le procédé de l'invention avec une installation d'épuration conforme à la figure. Deux absorbeurs 1 et 2 assurent alternativement l'épuration de "l'air comprimé" évacué Pendant que l'un des adsorbeurs est connecté "pour l'épuration", l'autre est prévu pour une "régénération", d'une manière connue, au moyen de vapeur d'eau ou d'un gaz inerte Les couches de matériau adsorbant 3 qui épuisent le gaz en circula- tion dans les deux adsorbeurs 1 et 2 contiennent chacune 1000 kg de charbon actif La soufflante 6 produit un cou- rant de circulation de 5000 m 3/h auquel est mélangé une quantité de "l'air comprimé" pollué de 300 m 3/h Le réfrigérateur 5 refroidit à l'eau produit dans le gaz de circulation, une différence de température d'environ 2- à 80 K qui permet d'évacuer la chaleur d'adsorption du benzène libérée dans la couche de matériau d'adsorption et les pertes de chaleur de la soufflante Le processus de charge du filtre à adsorption qui est connecté pour l'adsorption est terminé lorsque la concentration en ben- zène dans le courant de gaz de retour à la soufflante a atteint environ 2 g/m 3 A cet instant, la concentration en benzène à la sortie de la couche de matériau adsorbant agissant comme filtre de sécurité atteint une valeur en- core inférieure à 1 mg/m La valeur limite prescrite de mg/m 3 est donc dépassée vers le bas de plus d'un ordre de grandeur. REVENDICATIONS 1 ) Procédé pour l'épuration d'un courant de gaz chargé de vapeurs ou de gaz organiques, notamment au voisinage de la concentration de saturation, dans un fil- tre à adsorption, procédé caractérisé en ce que le cou- rant de gaz chargés de vapeurs ou de gaz organiques est mélangé avec un-gaz dans le circuit d'écoulement et est amené, en commun avec celui-ci, à travers la couche de matériau d'adsorption du filtre, auquel cas le volume du courant du gaz en circulation est supérieur au volume du courant de gaz à épurer, et, après le passage du courant gazeux de mélange à travers la couche de matériau adsor- bant, un courant partiel du gaz ainsi épuré est dérivé et évacué, le volume de courant de gaz dérivé correspondant au volume du courant de gaz à épurer et le reste du gaz épuré est ramené et remis en circulation au point de mélange, ouil est à nouveau mélangé avec du gaz à épurer. ) Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le gaz mis en circulation est refroidi, notai- ment après sa traversée de la soufflante de déplacement du gaz en circulation. ) Procédé suivant l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le courant partiel de gaz épuré dérivé est amené, avant son évacuation à travers une au- tre couche de matériau adsorbant. ) Installation pour l'application du procédé sui- vant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caracté- risée en ce qu'un circuit de gaz avec soufflante de cir- culation ( 6) et conduites de liaison ( 7) est raccordé au filtre à adsorption, auquel cas la conduite d'amenée ( 10) po le gaz à épurer débouche dans le circuit dans la co 'uite côbté aspiration ( 7 1) de la soufflante ( 6), le ré pient ( 1) contenant le filtre à adsorption présentant des couches ( 3, 4) séparées et espacées de matériau adsor- bant, la conduite de retour ( 7 4-1) du circuit étant Il raccordée dans l'espace intermédiaire des deux couches de matériau adsorbant ( 3, 4) et le récipient ( 1) du fil- tre à adsorption présente un raccord pour la déviation de gaz épuré ( 9 1) connecté après la seconde couche de matériau adsorbant ( 4). ) Installation suivant la revendication 4, carac- térisée par un refroidisseur ( 5) branché à la suite de la soufflante de circulation ( 6). ) Installation suivant l'une des revendications 4 ou 5, caractérisée en ce que les conduites de circuit ( 7.3-1, 7 4-1) qui conduisent au récipient ( 1) du filtre àadsorption contiennent chacune un organe d'obturation ( 11 1, 11 2). 7 ) Installation suivant la revendication 6, carac- térisée par un second filtre-à adsorption ( 2), la souf- flante ( 6) pouvant être reliée au choix, au premier ( 1) ou au second filtre ( 2) par l'intermédiaire d'organes d'obturation ( 11 1, 12 1, 11 2, 12 2) affectés par paire à chacun des filtres ( 1, 2) et commandés par paire; 8 ) Installation suivant l'une quelconque des reven- dications 4 à 7,-caractérisée en ce que, dans la conduite d'amenée ( 10) pour le gaz à épurer, est prévue une sou- pape d'arrêt ( 13) s'opposant à un reflux. 9 ) Installation suivant l'une quelconque des reven- dications 4 à 8, caractérisée en ce que la conduite d'ame- née ( 10) est pourvue d'un dispositif de sécurité ( 14) s'opposant à la propagation d'une flamme.