Brevet FR2557810A1 — publié le 19850712

ta présente Invention se rapporte à un procédé industriel pour éliminer les traces d impureté G2,N2,CH4,CO, C02, H2, H20. dans les gaz rares tels que Argon Xenon. Krypton. Hélium ou autre afin d'obtenir un gaz de pureté meilleur que 99.9999 % par l'emploi d'un dispositif adapté. Sous forme de traces. on entend des impuretés dont la teneur corresau maximum à 50 PPMV. On sait épurer des gaz par des moyens reversible ou irréversible, chimique. catalyse. absortion. adsortion. sur des produits qui forment un composé chimique avec I impureté à éliminer ou qui la retiennent dans sa structure. Voir Brevets n0 1023498. 1128064. 1117002. Ces procédés ont en général plusieurs défauts. Ils sont souvent selec tifs( exemple pour 02. H O Ils n éliminent pas l'azote et très difficile 2 ment les hydrocarbures. particulièrement le méthane. Ils nécessitent souvent 1 appoint d un gaz réducteur ou oxydant pour favoriser la catalyse. le gaz épuré contient alors une quantité importante du gaz qui a servi à cette catalyse . Certains de ces procédés travaillent à haute température. L enveloppe comoortant le produit est aussi à haute. température, il est évident que d'une part l'air extérieur peut réagir avec cette envéloppe, ce qui en diminue sa durée de vie, d'autre part celle-ci devient poreuse et ì air ambiant diffuse dans le gaz à épurer et le polue. D'une manière générale, les contraintes i#mposées par l'utilisation de la haute température (isolement thermique. transfert de calorie. dilatation) ainsi que les risques de diffusion d impureté de l'atmosphère extérieur à travers les enveloppe portées à haute température contenant le produit actif font que de tels procédés sont difficiliment exploitable industriellement (Brevet 7635803). Le procédé selon la présente invention ne pr4sente pas ces inconvénients. L élimination de 1'02. H20, N2, CO, C02, H2 CH4, C1 à C4. est simultanée. Il ne polue pas car il ne nécessite pas de gaz d'appointpour favoriser la réaction. Il est insensible à l'air extérieur (02. N2, H2 ) par l;emploi d'une technologie adaptée. Le rendement thermique est très bon.Le procédé est caractérisé par le fait que l'on fait passer le gaz à épurer dans un tube de titane, d alliage de titane ou d'inox contenant un mélange de Zirconium et de titane pastillé dont la composition est environ 65 % de Zirconium pour 35 O/G de titane et porté à une température comprise entre 400 à 8500c. Le tube de titane. d'alliage de titane ou d'inox joue aussi un rôle d!élément épurant. Les figures ci-jointes donnent à titre d'exemple non limitatif deux possibilités de réalisation du procédé. La figure 1 représente un mode de réalisation où le gaz est préchauffé a ! extérieur dé l'enceinte. Il se compose d'un tube de titane 1 compor ant le produit actif 11 et fermé par 2 frittés en inox 9 maintenus mécaniquement par deux manchons élastique 10. L'enceinte hermétique comporte deux tubulures 6 et 7 par lesquelles l'on peut soit faire passer un gaz autour du tube de titane, soit faire le vide. Deux traversées isolantes 3 dont 1 étanchéité sur l'enceinte 2 est obtenue à l'aide du joint torique 4 comportant deux passages electriques 3a et 3b. Le tube du titane est porté a haute température (environ 8000c) par passage d'un courant electrique intense dans son épaisseur.L'arrivée de ce courant se fait par l'intermédiaire de deux soudures 51 une bride de cuivre ou d'aluminium peut être utilisée, de cette manière le transfert de calorie entre le tube de titane et le produit actif sur lequel passe le gaz à épurer est optimum. Nous maintenons sous vide l'enceinte8/ la pompant en permanence aux environs de 10-4 Bar. Ce Procédé permet d'obtenir un très bon isolement thermique et d éviter toute pollution du gaz épuré par diffusion dans le tube cie;ti- tane. Un essai a été réalisé en faisant passer dans l'enceinte 8 le gaz non épuré. l'isolement thermique est moins bon. il depend de sa conductibilité thermique. mais le gaz sortant n'est pas polué. le gaz non épuré diffuse dans le tube 1 dans sa partie portée à haute température. tant de même nature que le gaz dans le tube 1 et ne comportant que des traces d'impuretes (quelques PPMV) il joue un rôle de séparateur entre l'air ambiant et le tube 1 évitant ainsi sa contamination. La pression du gaz à l'intérieur du tube 1 est sensiblement la même que dans l'enceinte 8. de cette manière l'épaisseur du tube 1 est réduite au minimum même dans7fonctionnement à haute pression, de ce fait nous pouvons utiliser un tube à paroi mince ce qui est interessant pour son chauffage (resistance ohmique du tube plus resistance thermique longitudinale plus élevée donc moins de pertes de calories par les extrémités). La figure 2 montre la mise en oeuvre de l'épurateur 13 précedement décrit. L'élément 12 est un serpentin de réchauffage dont la fonction est d'obtenir un gaz suffisament chaud à l'entrée de l'élément actif. Si ce serpentin n'existait pas le gaz entrant devrait se réchauffer le long de l épurateur 13. Il éxisterait un gradiant de température entre l'entrée et la sortie. Le gaz entrant froid aux environs de 20 à 250c devrait se réchauffer le long de ce tube, celui-ci devrait donc être plus long. Une partie de l'élément actif ne serait plus à sa température optimum de réaction, c'est-à-dire aux environs de 800- c. Le volume de produit actif de part le surdimensionement du tube serait plus grand. le coût de l'appareil serait Dlus élevé. L élément 14 est un serpentin de refroidissement afin d'obtenir une température de gaz sortant inférieur à 500c. La figure 3 représente un autre mode de réalisation : il utilise un tuS3 de titane ou d alliage de titane 17 fermé à une extrémité par laquel le arrive le courant de chauffage du tube 17 par l'intermédiaire de la traversée de la cloison 22 et de son conducteur 22a. Le tube 17 contient le produit actif qui est maintenu à l'aide du disque frité 19 et du manchon élastique 18, le tube 17 est soudé sur la bride 21 par laquelle arrive ì autre conducteur electrique pour le chauffage du tube. Un serpentin 16 est enroulé sur le tube 17. Ce tuoe est porté à haute température par un courant electrique circulant dans son épaisseur envi ron 850cc. il cnauffe è la fois le produit actif par l'intérieur et le serpentin par I extérieur} le gaz est ainsi préchauffé, l'appareil est plus compact et son rendement est amélioré; comme dans le cas précédent I enceint~ hermétique 21a peut être balayée ou mise sous vide par l'inter médiaire destubulures 15. L'extrémité du tube de titane 17 est libre e oui lui nermet de se dilater sans contraintes Des tubes de grande longueur peuvent ainsi être utilisé~ L ensemble serpentin, tube de titane, produit actif peut être démonté de l enceinte 21a en enlevant la bride 21. L étanchéité est obtenue à aide de joint torique 23. cette bride sert de schunt thermique ce qui permet d avoir une température acceptable à l'extérieur de l'appareil (environ 2000c). L-arrivée du gaz à épurer se fait par la canalisation 20. Nos essais ont porté sur un gaz tel que l Argon comportant 30 ppm V d impuretés tel que 02. N2. Cq CO. CO2. H20. H2. La teneur de sortie du az épuré est inférieure à 1 ppm u pour la somme des concentrations 02 + N2 +CH4 + CO + C02 + H20 + H2. Un tube de titane de diamètre 100 mm et de longueur 1000 mm rempli d un alliage ZR - TI permet d'épurer au minimum 3000 m3 de gaz. REVENDICATIONS 1. Procédé permettant d'épurer d'une façon industrielle, des traces d'impuretés telles que Azotes Oxyde de Carbone, Hydrogène, Vapeur d'eau, Dioxyde de carbone, Oxygène, Hydrocarbure par absorption chimique sur des pastilles poreuses d'un alliage Titane, Zirconium contenant 35 X de titane plus ou moins 5 % et 65 X de Zirconium + 5 % dont la température se situe entre 400 et 9000c sans contamination par 02, N2, H20 de l'air. 2. Dispositif selon la revendication 1 utilisant un tube de Titane, d'alliage de Titane ou d'inox pour contenir le produit actif. 3. Dispositif selon les revendications 1 et 2 caractérisé en ce que le tube contenant l'élément actif est aussi un élément actif. 4. Dispositif selon les revendications 1, 2 et 3 utilisant une enveloppe dans laquelle se trouve le tube contenant l'élément actif balayé par le gaz a épurer sous pression ou non. 5. Dispositif selon les revendications 1, 2 et 3 utilisant une enveloppe dans laquelle se trouve le tube contenant l'élément actif pouvant être mise sous vide. 6. Dispositif selon les revendications 1 et 2 utilisant un système de réchauffage du gaz entrant placé autour du tube contenant l'élément actif. 7. Dispositif selon la revendication 1 utilisant un système de refroi dissement du gaz sortant placé autour de l'enveloppe contenant le tube dans lequel se trouve l'élément actif. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le tube contenant l'élément actif est soumis a un courant électrique de forte intensité pour le porter à haute température. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le tube contenant l'élément actif peut être chauffé par des résistances chauffantes. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé par le fait que nous pouvons réactiver l'élément actif après saturation par mise sous vide ou réduction. 11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications precedentes caractérisé par le fait que le gaz est amené en contact avec l'élément actif. 12. Dispositif selon les revendications 1, 2 et 3 caractérisé par le fait que le gaz en contact avec l'élément actif peut être sous pression. 13. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le gaz sortant épuré a une teneur globale en impu- reté inférieure à 1 ppm V pour des impuretés telles que 021 N2, CH4, H2, CO, C02, H20~