Brevet FR2588194A1 — publié le 19870410

La présente invention concerne des adsorbeurs. L'invention concerne en particulier le genre d'adsorbeur comprenant un lit de particules adsorbantes et servant à la purification ou a la séparation de mélanges gazeux. Il est important, dans le fonctionnement de tels adsorbeurs, de présenter une profondeur uniforme de particules adsorbantes au front gazeux, en raison de la tendance d'un gaz à suivre le trajet d'une moindre résis- tance à l'écoulement. Si un tronçon du lit présente une profondeur inférieure à celle d'un tronçon adjacent, il tend a y avoir un plus grand écoulement de gaz traversant le tronçon à section moins profonde. Donc, le tronçon section moins profonde se charge plus rapidement en le ou les constituants à adsorber dans le mélange gazeux. La pé- riode au cours de laquelle on peut faire fonctionner l'adsorbeur sans le régénérer est ainsi diminuée, car le tronçon à section moins profonde va permettre aux consti- tuants du mélange gazeux que l'on désire adsorber de passer en empruntant' le sommet de ce tronçon avant que la partie la plus profonde ne soit entièrement chargée. Traditionnellement, les adsorbeurs ont compris des lits d'adsorbants en forme de colonnes. Puisque la hauteur de la colonne est grande en comparaison de son diamètre, les problèmes associés à un fonctionnement non uniforme de l'adsorbeur sont réduits à leur minimum. Plus récemment, on a effectue des tentatives visant à utiliser des lits relativement peu profonds d'adsorbants, par exemple pour la purification préliminaire de l'air avant la séparation de ses constituants dans une ou plusieurs colonnes de distillation. Le traitement de purification préliminaire comprend l'adsorption de la vapeur d'eau et du gaz carbonique, enlevés ainsi de l'air qui entre. De tels adsorbeurs comprennent un récipient ayant une plaque ou grille de support allongée inférieure pour le lit, une plaque ou grille supérieure complémentaire, et typiquement un orifice d'entrée, traversant la plaque supérieure et par lequel les particules adsorbantes doivent être introduites dans l'espace entre les plaques supérieure et inférieure afin de former les lits. La plaque inférieure est fixe. La plaque supérieure peut être fixe ou bien elle peut "flotter" et elle peut être assemblée après formation du lit. Les deux plaques comportent des passages pour le gaz, permettant de réaliser une distribution uniforme du mélange gazeux. Typiquement, des espaces de gaz sont déli- mités dans le récipient au-dessus de la plaque supérieure et au-dessous de la plaque inférieure, afin de faciliter la distribution du gaz. En fonctionnement normal, il peut se produire une sédimentation du tamis. De même, un mauvais fonctionnement de l'adsorbeur peut perturber le tamis. Dans l'un ou l'autre cas, des espaces vides importants peuvent se produire et la surface du lit peut devenir inégale d'une manière imprévisible. Cette difficulté apparait, que la plaque ou grille supérieure soit fixe ou flottante. Une proposition pour surmonter cette difficulté consiste à équiper l'adsorbeur d'un râteau télécommandé et à abandonner la plaq e ou grille de support supérieure. Cependant, un tel expédient augmente considérablement la complexité mécanique et l'investissement en capital pour l'adsorbeur, en particulier quand l'adsorbeur est nécessaire pour une grande installation de traitement de l'air pour le purifier et/ou pour en séparer ensuite les constituants. La présente invention vise notamment, donc, à four- nir un adsorbeur qui surmonte, ou réduit à leur minimum, les difficultés précitées associées aux adsorbeurs connus décrits ci-dessus. Selon la présente invention, celle-ci fournit un adsorbeur contenant un lit de particules adsorbantes et comprenant un récipient contenant un premier élément comportant une surface de support des particules adsorbantes et auquel est également associé un dispositif de distribu- tion de gaz, un second élément complémentaire auquel est associé un dispositif de distribution de gaz et qui coopère avec le premier élément pour délimiter le volume occupe par le lit, et au moins un orifice de remplissage situé de façon générale au niveau des particules les plus élevées du lit, ladite surface de support formant avec l'horizontale un angle supérieur à l'angle de talus naturel d'au moins une partie (et de préférence de la plupart ou de la totalité) des particules adsorbantes. Typiquement, la surface de support est inclinée, mais elle peut également être verticale. La surface de support est de façon souhaitable allongée, le récipient ayant typiquement une forme générale de cylindre. Les premier et second éléments sont de préférence des grilles ou plaques du genre classique que l'on utilise dans des adsorbeurs connus. Ces grilles ou plaques peuvent être percées de passages uniformément espacés pour le ou les gaz. Les passages pour le ou les gaz peuvent être du type classique, par exemple du type encoche en V. Les adsorbeurs selon l'invention conviennent parti- culièrement bien pour servir à enlever la vapeur d'eau et/ou le bioxyde de carbone (gaz carbonique) d'un mélange gazeux tel que l'air. Dans l'adsorbeur selon l'invention, un plan paral- lèle à la surface inférieure de support1 et qui coupe le lit en deux parties égales (plan bissecteur), peut contenir l'axe longitudinal du récipient. Le récipient peut comporter des parois interne et externe et/ou être contenu au sein d'une paroi externe. Un adsorbeur selon l'invention sera maintenant décrit, à titre ilustratif et nullement limitatif, en réfé- rence aux dessins annexes, sur lesquels: la figure 1 est une coupe verticale schématique de l'adsorbeur; la figure 2 est une coupe longitudinale ou trans- versale schématique de l'adsorbeur représenté sur la figure 1; et la figure 3 est une vue schématique en plan de la région terminale supérieure de la grille inférieure de support de l'adsorbeur représenté sur les figures 1 et 2. En se référant aux dessins, on voit que l'adsorbeur est ou comprend un recipient 2 de forme générale cylindrique comportant des extrémités bombées 4 et 6. Fixée au sein du récipient 2, une grille inférieure 8 délimite un plancher 10 incliné et allongé, qui supporte un lit 12 de particules adsorbantes. La grille 8 comporte une extrémité inférieure 9 et une extrémité supérieure 11 et elle est munie de passages (non représentés) uniformément distribués pour y laisser passer le gaz. Les passages pour le gaz peuvent être de n'importe quel genre classique. L'intérieur du récipient 2 est également garni d'une grille supérieure 14 qui, pour tous les aspects impor- tants, est identique à la grille 8. La grille supérieure 14 est fixe, et elle s'étend parallèlement à la grille 8 en ayant le même angle d'inclinaison que cette grille 8. Sur la figure 1, on montre le diamètre 16 qui s'étend paral- lèlement à la grille inférieure 8 et à la grille supérieure 14. Les deux grilles sont équidistantes de ce diamètre 16. Le plan de ce diamètre 16 contient l'axe longitudinal A du récipient 2. Le diamètre 16 et les surfaces des grilles 8 et 14 en contact avec les particules adsorbantes forment avec l'horizontale un angle thêta. Cet angle thêta est supérieur a l'angle de talus naturel d'au moins une partie des particules adsorbantes. Cet angle thêta peut être détermine par une expérimentation simple. Des particules adsorbantes différentes peuvent typiquement tendre à présenter une gamme d'angles différents de talus naturel. On choisit avantageusement l'angle thêta de manière qu'il soit superieur au plus grand angle de talus naturel que l'on trouve parmi les particules adsorbantes. Le récipient 2 comporte au moins un et de préfé- rence une rangée d'orifices 18, également espacés, d'emplis- sage pour permettre d'introduire dans l'adsorbeur des particules adsorbantes de charge. La partie la plus supe- rieure de la surface extrême interne de chaque orifice 18 est juxtaposée à la partie supérieure de la surface infé- rieure de la grille 14 de maniere que, lorsque l'adsorbeur est chargé de particules adsorbantes, quelques-unes de ces particules pénètrent dans l'espace situé entre les grilles 8 et 14 au niveau le plus élevé possible. Pour faciliter l'écoulement des particules adsorbantes dans l'adsorbeur pendant le chargement de celui-ci, l'axe de chaque orifice 18 fait avec l'horizontale un angle supérieur à l'angle thêta précité. On continue l'introduction des particules jusqu'à ce qu'il n'y ait plus de particules adsorbantes qui s'écoulent librement dans le lit. L'espace entre les orifices 18 adjacents d'emplissage est choisi de manière à maintenir à son minimum tout espace mort éventuel entre les orifices. On peut facilement calculer, en connais- sant l'espacement des orifices et l'angle maximal de talus naturel de la particule adsorbante, la valeur maximale de n'importe quel espace mort de ce type loin de la paroi d'extrémité de l'adsorbeur. Donc, la grille 8 comporte de préférence une bande 32 dépourvue de passages 34 traver- sants pour les gaz (voir figure 3) ladite bande ayant une largeur prédéterminée et s'étendant d'un coté à l'autre de la grille 8 près de la paroi du récipient 2. De façon souhaitable, la grille supérieure 14 comporte une bande complémentaire dépourvue de passages traversants pour les gaz. Chaque orifice 18 est muni d'organes 19 amovibles d'obturation ou fermeture, qui obturent de préférence de manière étanche au fluide quand les orifices 18 sont fermés. Après introduction des particules adsorbantes dans l'adsor- beur, pour y constituer la charge, on ferme les orifices 18. De préférence, quand ils sont fermés, les orifices contiennent quelques particules adsorbantes. Si on le désire, l'adsorbeur 2 peut comporter au moins un orifice, et de préférence une rangée d'orifices de décharge, également espacés ou équidistants, au niveau le plus inférieur du lit 12 pour permettre d'enlever l'adsorbant de l'adsorbeur s'il faut enlever des particules adsorbantes épuisées et les remplacer par une charge fraîche de particules adsorbantes. Les orifices 20 comportent des organes amovibles 22 de fermeture qui, de préférence, obturent de manière étanche au gaz quand les orifices 20 sont fermés, c'est-à-dire pendant le fonctionnement normal de l'adsorbeur. Le recipient 2 de l'adsorbeur comporte, dans sa region inférieure, au moins un orifice et de préférence une rangée d'orifices 24 équidistants pour l'écoulement d'un gaz. L'axe de chaque orifice 24 est perpendiculaire à la grille inférieure 8 de manière à faciliter la création d'un écoulement uniforme de gaz dans le lit 12. Il existe au moins un orifice, et de préférence une rangée semblable d'orifices 26 équidistants pour l'écoulement de gaz à la région supérieure du récipient 2 de l'adsorbeur. L'axe de chaque orifice 26 est perpendiculaire à la grille supérieure 14. Il existe entre les orifices 24 et la grille 8 une chambre 28 et, entre la grille 14 et les ori- fices 26, une chambre 30, afin de faciliter une distribution uniforme du gaz. Le récipient de l'adsorbeur peut être supporté par un dispositif convenable de support (non représenté). Une fois le 1it de l'adsorbeur chargé en particules adsorbantes, toute inégalité éventuelle de la surface du lit sera confinée a la partie supérieure du lit. Il est ainsi possible, comme décrit ci-dessus, de réduire ou de minimiser les difficultés de distribution du gaz afin d'éviter un "court-circuit" important dans le lit, en munis- sant la partie supérieure de la grille 8 d'une bande dépourvue de passages traversants pour le gaz. En outre, toute redistribution des particules du lit pendant le fonctionnement de l'adsorbeur se manifestera par la création d'une inégalité de la surface supérieure du lit seulement dans la region du lit supportée par l'extrémité supérieure 11 de la grille 8. Ainsi, du fait qu'à cette extrémité une surface appropriée de la grille est dépurvue de passages de gaz, il est encore possible d'empêcher un "court-circuit" important de l'écoulement de gaz dans le lit. En outre, en s'arrangeant pour que les orifices d'emplissage contien- nent un peu d'adsorbant excédentaire, il est possible de combler dans une certaine mesure des espaces vides risquant de se créer à l'extrémité supérieure du lit du fait d'un dépôt éventuel de sédimentation des particules dans le lit. Dans une autre forme de réalisation d'un adsorbeur selon l'invention, le récipient de l'adsorbeur peut compor- ter des parois interne et externe. Un tel agencement facilite le chargement de particules adsorbantes dans l'adsorbeur, car la paroi interne peut présenter, à l'extre- mité supérieure du lit, par exemple une surface inclinée convenable (formant avec l'horizontale un angle superieur à l'angle de talus naturel des particules adsobantes) et les particules peuvent s'écouler le long de la surface d'une telle paroi d'extrémité pendant l'emplissage du lit. L'angle thêta peut typiquement être de 40 . Il est possible d'augmenter l'angle d'inclinaison et l'on peut utiliser un adsorbeur dans lequel les grilles 8 et 14 ont été tournées, par rapport à leur position repré- sentée sur la figure 1, dans le sens contraire des aiguilles d'une montre. Bien entendu, il est possible que la surface de support soit verticale. Dans ce cas, l'axe longitudinal du récipient de l'adsorbeur peut lui-même être vertical et il peut exister un seul orifice d'emplissage juste audessus du sommet des particules adsorbantes. Même pour des valeurs de l'angle thêta supérieures a 45 , jusqu'à 90 , la grille 8 supporte encore le lit (c'est-à-dire qu'elle adsorbe une partie de la charge ou du poids). Il va de soi que, sans sortir du cadre de l'inven- tion, de nombreuses modifications peuvent être apportées à l'adsorbeur décrit et représente. REVENDICATIONS 1. Adsorbeur contenant un lit de particules adsorbantes, comprenant un recipient (2) contenant un pre- mier élément (8) présentant une surface (10) de support des particules adsorbantes (12), auquel ist associé un dispositif de distribution de gaz, un second élément (14) complémentaire auquel est associé un dispositif de distribution de gaz et qui coopère avec le premier élément (8) pour délimiter le volume du lit (12) et au moins un orifice (18) d'emplissage situé généralement au niveau des particules supérieures du lit, adsorbeur caractérisé en ce que ladite surface de support forme avec l'horizontale un angle (theta) supérieur à l'angle de talus naturel d'au moins une partie des particules adsorbantes. 2. Adsorbeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface (10) de support est allongée. 3. Adsorbeur selon la revendication 1 ou la reven- dication 2, caractérisé en ce que la surface de support est verticale. 4. Adsorbeur selon la revendication 1 ou la reven- dication 2, caractérisé en ce que la surface (10) de sup- port est inclinée. 5. Adsorbeur selon la revendication 4, caractérise en ce que l'orifice (8) , ou chaque orifice, d'emplissage forme avec l'horizontale un angle supérieur à l'angle d'inclinaison sur l'horizontale. 6. Adsorbeur selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisé en ce que les éléments (8 et 14) sont des grilles ou plaques percées de passages (34) uniformément espacés pour les gaz. 7. Adsorbeur selon la revendication 5 ou la reven- dication 6, caractérisé en ce que chaque grille ou plaque (8; 14) comporte le long de son extrémité supérieure une bande (32) dépourvue de passages traversants (34) pour les gaz. 8. Adsorbeur selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un orifice (24) d'écoulement de gaz dans la région infé- rieure du recipient (2), communiquant avec une chambre (28) de ce récipient entre cet orifice (24) et le premier élément (14), et en ce qu'il existe au moins un orifice (26) d'écoulement de gaz dans la région supérieure du réci- pient (2) communiquant avec une chambre (30) de ce récipient entre l'orifice (26) et l'élément (14). 9. Adsorbeur selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'un plan parallèle à la surface (10) de support, et coupant le lit en deux (plan bissecteur) contient l'axe longitudinal (A) du récipient (2). 10. Adsorbeur selon la revendication 8 ou la reven- dication 9, caractérisé en ce que les axes des orifices (24; 26) d'écoulement de gaz sont perpendiculaires à la surface (10) de support. 11. Adsorbeur selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre au moins un orifice (20) de décharge au niveau inférieur du lit, pour la décharge de l'adsorbant épuisé. M 12. Adsorbeur selon l'une quelconque des reven- dications précédentes, caractérisé en ce que l'angle de talus naturel de toutes les particules adsorbantes est inférieur à l'angle (thêta) que la surface (10) de sup- port fait avec l'horizontale. 13. Adsorbeur selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 6, caractérisé en ce que le récipient (2) comporte des parois interne et externe.