Brevet FR2626195A1 — publié le 19890728

Procédé de régénération d'un produit adsorbant et sécheur à adsorption mettant en oeuvre ledit procédé. L'invention concerne un procédé pour régénérer un produit adsorbant, tel qu'un gel de silice ou une alumine activée; elle concerne également un sécheur à adsorption, notamment de dessiccation d'un gaz, tel que l'air compri- mé, mettant en oeuvre ledit procédé de régénéra- tion. L'air ambiant contient de la vapeur d'eau qui reste sous forme gazeuse, tant que sa pression partielle est in- férieure à la pression de saturation, cette dernière n'é- tant une fonction que de la température. Dans les instal- lations industrielles, il est souvent nécessaire de dispo- ser d'air comprimé ou non, dont la teneur en vapeur d'eau soit faible. A cet effet, l'air est traité dans un appareil de dessiccation, ou sécheur d'air, qui consiste, par exem- ple, à mettre en contact l'air riche en Sapeur d'eau avec un produit adsorbant qui a la propriété de retenir l'eau. A cet effet, le produit adsorbant, qui est par exem- ple Un gel de silice ou d'alumine, ou encore un charbon activé, est disposé dans un récipient à travers lequel cir- cule l'air à dessécher. Lors de son trajet à l'intérieur du récipient, l'air perd la vapeur d'eau qu'il contient au fur et à mesure que celle-ci se fixe sur le produit adsor- bant sans réagir chimiquement avec lui. A la sortie du ré- cipient, la teneur en eau résiduelle de l'air désséché dépend évidenment du produit adsorbant utilisé, c'est-à-dire de la capacité d'adsorption de celui-ci, notamment à l'endroit o l'air désséché quitte le récipient. Au fur et à mesure que l'air à sécher traverse le récipient, le produit adsorbant se charge en eau et se sature, d'abord dans la zone d'entrée de l'air, puis, cette zone de satura- tion se déplace de proche en proche vers l'endroit de la sortie de l'air. Après qu'un certain volume d'air a été traité, le produit adsorbant doit être régénéré, c'est-à-dire qu'il doit être soumis à un traitement pour éliminer l'eau qu'il a emmagasinée. Ce traitement peut être réalisé suivant di- vers procédés et l'un d'entre eux consiste à chauffer le produit adsorbant à une température telle que sa capacité d'adsorption devient pratiquement nulle, de sorte que l'eau quitte le produit adsorbant. Il suffit alors de faire cir- culer un fluide aazeux constituant un courant de régénération pour enlever l'eau qui n'est plus retenue par le produit adsorbant. Pour mettre en oeuvre un tel procédé de régénéra- tion dans une installation industrielle qui fournit de l'air comprimé à une teneur déterminée d'eau par volume uni- taire, il faut prévoir deux récipients identiques contenant un produit adsorbant, reliés par des conduits à l'entrée et à la sortie du sécheur, de manière à fonctionner alternati- vement en dessiccation de l'air comprimé ou en régénération du produit adsorbant, ainsi que des moyens de chauffage du produit adsorbant. Les sécheurs à adsorption actuels, mettent en oeu- vre deux procédés distincts de régénération du produit adsor- bant, qui diffèrent par le fluide qazeux utilisé comme courant de régénération pour enlever l'eau du produit absorbant.(cf. Techniques de 1' ingénieur/ Mécanique et chaleur, B. 4230, 8.1985). Le premier de ces procédés utilise comme fluide ga- zeux de régénération, de l'air prélevé sur le réseau d'air comprimé, à la sortie du récipient servant à la dessicca- tion. Les moyens de chauffage utilisés sont alors en gé- néral des résistances électriques placées dans les réser- voirs contenant l'adsorbant. L'air comprimé prélevé est donc de l'air sec,et on a par conséquent intérêt à en pré- lever la plus petite portion possible. Le second procédé utilise,en tant que fluide gazeux de régénération,de l'air ambiant. L'utilisation d'air am- biant, donc humide, pour assécher le dessiccant, est per- mise par le fait qu'à haute température, le dessiccant n'absorbe pas l'eau. Toutefois, les points de rosée ainsi obtenus ne sont pas très bas. Les sécheurs, mettant en oeuvre ce procédé, utilisent un ventilateur qui propulse de l'air ambiant dans le récipient contenant le produit adsorbant à régénérer. Les moyens de chauffage utilisés sont en général placés en aval du ventilateur et servent aussi bien pour les deux récipients. Avant de pouvoir utiliser le produit adsorbant ré- généré, il est nécessaire, dans ces deux procédés, de le refroidir. Pour le premier procédé, il suffit d'arrêter les moyens de chauffage et de maintenir une circulation d'air comprimé sec, toujours prélevé sur la sortie du sécheur; par contre pour le second procédé, il est néces- saire de n'utiliser, pendant le refroidissement du produit adsorbant, que de l'air sec; et celui-ci est en général prélevé sur la sortie du sécheur, ceci afin de ne pas ap- porter d'humidité sur le produit adsorbant régénéré. Il est possible également d'utiliser un courant d'air ambiant pour refroidir à la condition de le faire circuler dans le même sens que celui suivi par l'air à sécher, pour ne pas charger en eau la face de sortie du dessiccant. Les sécheurs mettant en oeuvre le premier procédé ci-dessus, ne permettent d'utiliser que des débits de cou- rant de régénération relativement faibles, si l'on ne veut pas prélever une quantité trop importante d'air comprimé sec sur la sortie du sécheur. Le procédé utilisant un yen- tilateur, permet, quant à lui, des débits assez élevés, par contre il nécessite une énergie beaucoup plus impor- tante car il faut monter,à la température maximum,la to- talité du dessiccant. Le but de l'invention est un procédé destiné à ré- duire l'énergie nécessaire pour la régénération du produit adsorbant, tout en ne prélevant qu'une faible partie de l'air comprimé sec, sur la sortie du sécheur, et tout en maintenant un débit du courant de régénération suffisant pour ne pas allonger la durée de la régénération. Un autre but de la présente invention, est de réa- liser divers appareils de séchage à adsorption, mettant en oeuvre le procédé selon l'invention. L'invention se rapporte à un procédé de régénération d'un produit adsorbant contenu dans un récipient, par ap- port de chaleur et par envoi sur ledit produit d'un courant de régénération contenant de l'air ambiant, caractérisé en ce qu'il consiste à réaliser le courant de régénération par entraînement d'air ambiant grâce à la détente d'un fluide- moteur gazeux. Selon ce procédé, on utilise avantageusement de l'air comprimé sec comme fluide-moteur de l'air ambiant, et on parvient ainsi à augmenter, dans un rapport de 3 à 4, le débit du courant de régénération par rapport à un sécheur n'utilisant que de l'air comprimé sec, et à réduire, la dé- pense d'énergie par rapport à celle d'un sécheur utilisant un ventilateur car,fonctionnant à contre courant il n'est plus nécessaire de chauffer à la température maximum de ré- génération la totalité du dessiccant. L'invention se rapporte également à un sécheur à adsorption pour un fluide gazeux qui comprend, une entrée du fluide gazeux à sécher et une sortie du fluide gazeux désséché, deux récipients contenant un produit adsorbant reliés par des conduits à l'entrée et à la sortie du sé- cheur, de manière à fonctionner alternativement en dessic- cation du fluide gazeux et en régénération du produit adsor- bant, caractérisé en ce qu'il comporte un éjecteur, compre- nant une aspiration d'air ambiant, une entrée destinée au fluide-moteur et une sortie de refoulement du mélange air comprimé-air ambiant, et des moyens destinés à relier la sortie de refoulement de l'éjecteur au récipient tonction- nant en régénération, et l'entrée destinée au fluide-moteur à la sortie du sécheur. L'utilisation d'un éjecteur permet, dès lors qu'il s'agit d'une machine statique, une excellente fiabilité du sécheur pour ce qui concerne la régénération, et le fait de prélever le fluide-moteur de l'éjecteur sur la sortie du sécheur, c'est-à-dire d'utiliser de l'air comprimé sec, per- met, lors du refroidissement du produit adsorbant, d'effec- tuer un balayage d'air sec tout simplement en obturant l'ad- mission d'air ambiant de l'éjecteur. A titre d'exemple, l'invention sera décrite ci-des- sous à l'aide de la figure annexée qui montre une coupe- longitudinale simplifiée d'un sécheur à adsorption pour un fluide gazeux. Ce sécheur comprend deux récipients identiques 1 et 2 qui ont la forme de cylindres de révolution à section transversale circulaire. Chacun de ces cylindres est fermé à ses extrémités par des calottes semi-sphériques et est, par exemple disposé verticalement. Des ouvertures inférieu- res 3 et 4 sont reliées par des tuyaux 7 et 8 à l'entrée de l'air comprimé à sécher 9. Entre chacune de ces ouvertures 3 et 4 et l'entrée d'air comprimé, se trouve sur chaque tuyau 7 et 8 une vanne 10, respectivement 11, ces deux van- nes servent à sélectionner le récipient dans lequel doit être séché l'air comprimé. Chacun des tuyaux 7 et 8 comporte une vanne 12, respectivement 13, servant à décompresser cha- cun des récipients, ainsi qu'une vanne 14, respectivement , d'écoulement d'air lors de la régénération. Des ouvertures supérieures 5 et 6, protégées par des grilles 20 et 21 pour éviter l'écoulement du produit adsorbant a, contenu dans chaque cylindre, sont reliées par des tuyaux 16, respectivement 17, à la sortie du sé- cheur évacuant l'air comprimé sec. Chacun de ces tuyaux est muni d'un clapet anti-retour 18, respectivement 19. Afin d'éviter l'écoulement du produit adsorbant par les ouvertures inférieures 3 et 4, celles-ci sont protégées par des grilles 22, respectivement 23. Du point commun o se rejoignent les tuyaux 5 et 6 et la sortie 33 d'air comprimé sec, part un autre tuyau 24 relié par son autre extrémité à l'entrée destinée au fluide moteur d'un éjecteur 25, dont l'aspiration d'air ambiant est commandée par une vanne 26 et dont la sortie de refoulement du mélange air comprimé-air ambiant est re- liée, à un tuyau 27 qui rejoint un dispositif de chauffage 28 comportant une résistance chauffante, et dont la sortie est reliée d'une part au tuyau 16 par un tuyau 29, et d'au- tre part au tuyau 17 par un tuyau 30. Les tuyaux 29 et 30 sont munis de clapets anti-retour 31 et 32. Le fonctionnement d'un tel sécheur est le suivant. L'air comprimé entre dans le sécheur par l'entrée 9 et en ressort désséché, par la sortie 33. Dans l'appareil, tel qu'il est représenté à la figure, le récipient 1 fonctionne en dessiccateur de l'air comprimé, et le récipient 2 en ré- générateur du produit adsorbant. Dans cette configuration, la vanne 10 est ouverte et la vanne 11 fermée, de manière à ce que l'air comprimé traverse le produit adsorbant contenu dans le récipient 1, dans le sens ascendant, et ressort séché par le tuyau 16. Le récipient 2 est alors mis en régénération. Dans un pre- mier temps, on effectue la dépressurisation du récipient 2 en ouvrant la vanne 13, ce qui a pour conséquence de fer- mer les clapets anti-retour 19 et 31. Une fois la dépressurisation terminée, on ouvre la vanne 15 pour permettre une sortie d'air d'un débit plus important pendant cette phase de régénération et l'on fer- me la vanne de dépressurisation 13. Dans un deuxième temps, on ouvre la vanne 26 de fa- çon à ce que l'éjecteur 25 aspire une quantité d'air am- biant en utilisant la détente du gaz comprimé. Le mélange d'air est ainsi envoyé vers le récipient 2, comme le mon- trent les flèches à la figure, et traverse dans le sens descendant le produit adsorbant qu'il contient avant d'être évacué vers l'extérieur par la vanne 15. Dans un troisième temps, et presque immédiatement, on met en route le dispositif de chauffage 28, de façon à ce que le courant de régénération apporte une quantité de chaleur suffisante au produit adsorbant pour que celui- ci restitue l'eau qu'il a emmagasiné. Dans un quatrième temps, on ferme la vanne 26; il ne subsiste alors qu'une circulation d'air comprimé sec, et on réduit la puissance du dispositif de chauffage, de façon à régénérer le récipient 2 avec de l'air chaud par- faitement sec, pour parfaire le séchage du produit adsor- bant contenu dans la partie supérieure de ce récipient. Dans un cinquième temps, on arrête le dispositif de chauffage 28; l'air comprimé qui circule alors dans le ré- cipient 2 est froid et assure ainsi le refroidissement du produit adsorbant contenu dans ce récipient. Dans un sixième temps, on ferme la vanne 15 afin de repressuriser le récipient 2, et une fois cette pressuri- sation terminée, on ouvre la vanne 11, tout en laissant la vanne 10 ouverte, afin de faire circuler en parallèle dans les deux récipients 1 et 2 l'air comprimé à sécher et ter- miner ainsi, si nécessaire, le refroidissement du produit adsorbant contenu dans le récipient 2, l'air éventuellement chaud étant ainsi mélangé avec l'air froid sortant du ré- cipient 1. Et enfin, on ferme la vanne 10 pour placer le réci- pient 1 en régénération et pour que le récipient 2 serve à sécher l'air comprimé entrant dans le sécheur. La régénération du produit adsorbant contenu dans le récipient 1 s'effectue d'une manière analogue à celle précédemment décrite pour 1l récipient 2. Le dispositif de chauffage disposé ici à l'extérieur des récipients, peut tout aussi bien être incorporé dans chaque récipient, comme c'est le cas dans certains sécheurs, pour chauffer directement le produit adsorbant. Il est évident que le procédé reste le même si l'on inverse les sens de circulation sur les récipients conte- nant le dessiccant. C'est-à-dire séchage dans le sens des- cendant et balayage pour la régénération dans le sens as- cendant. Par ailleurs, le dispositif de chauffage électrique peut être remplacé selon l'invention par un réchauffeur à vapeur ou par tout autre échangeur transférant les calories à partir d'un fluide chaud. En particulier, ce fluide chaud peut être l'air comprimé chaud sortant du compresseur, ce qui, dans ce cas, constitue un montage particulièrement économique sur le plan énergétique. RENVENDICATIONS 1. Procédé de régénération d'un produit adsorbant contenu dans un récipient, par apport de chaleur et par envoi d'un courant de régénération contenant de l'air am- biant sur ledit produit, caractérisé en ce qu'il consiste à réaliser le courant de régénération par entraînement d'air ambiant grâce à la détente d'un fluide-moteur gazeux. 2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le fluide-moteur gazeux est de l'air comprimé sec. 3. Sécheur à adsorption pour un fluide gazeux, qui comprend une entrée du fluide gazeux à sécher et une sor- tie du fluide gazeux désséché, deux récipients (1, 2) con- tenant un produit adsorbant (a) reliés par des conduits à l'entrée et à la sortie du sécheur, de manière à fonctionner alternativement en dessiccation du fluide gazeux et en ré- génération du produit adsorbant, des moyens de chauffage (28) du produit adsorbant, caractérisé en ce qu'il comporte un éjecteur (25)comprenant, une aspiration d'air ambiant, une entrée destinée au fluide-moteur, une sortie Ce refoulement du mélange fluide moteur - air ambiant et des moyens desti- nés à relier la sortie de refoulement de l'éjecteur au ré- cipient fonctionnant en régénération et l'entrée destinée au fluide moteur à la sortie du sécheur. 4. Procédé pour régénérer un produit adsorbant selon la revendication 1 dans son application à un sécheur selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il consiste à effectuer, en outre, les opérations répétitives suivantes: - la dépressurisation du premier récipient (2), con- tenant le produit à régénérer; - l'ouverture d'une vanne (26) d'entrée d'air am- biant dans l'éjecteur (25); - la mise en route des moyens de chauffage (28); - la fermeture de ladite vanne d'admission d'air ambiant; - l'arrêt, précédé éventuellement d'une réduction de puissance, des moyens de chauffage; - la repressurisation dudit récipient; - la mise en fonctionnement en dessiccation dudit premier récipient en parallèle avec le second récipient (1); - la mise en fonctionnement en sécheur du seul pre- mier récipient (2); et - la répétition de ces opérations pour le second récipient (1). 5. Sécheur selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens de chauffage sont constitués, soit d'un réchauffeur électrique, soit d'un réchauffeur à va- peut, ou par tout autre échangeur transférant les calories à partir d'un fluide chaud.