Brevet FR2646788A1 — publié le 19901116

Installation d'adsorption à variation de pression pour la séparation de mélanges de gaz, notamment pour l'extraction de l'oxygène et de l'azote de l'air." L'invention est utilisée pour la décomposi- tion par adsorption de mélanges de gaz, notamment pour l'extraction de l'oxygène ou de l'azote de l'air. L'installation est constituée par plusieurs adsorbeurs disposés côte à côte, par un accumulateur de mélange de gaz, par un accumulateur de gaz de produit et par des blocs de vannes, qui contiennent les vannes des adsorbeurs. Caractéristique de l'état connu de la technique: On utilise fréquemment des installations d'adsorption pour la séparation de mélanges de gaz, par exemple pour l'extraction de l'oxygène ou de l'azote de l'air. On préfère pour des raisons de-ren- tabilité les installations qui opèrent avec une pres- sion variable, soit les installations dites à varia- tion de pression. Avec celles-ci, l'adsorption et la désorption s'effectuent avec des pressions différen- tes. Le processus d'adsorption a lieu avec une pres- sion croissante et le processus de désorption avec une pression décroissante, à quoi succède le plus souvent un rinçage du produit d'adsorption avec le gaz pur ex- trait. Afin de pouvoir exécuter ces opérations l'une après l'autre, les installations d'adsorption à varia- tion de pression doivent présenter plusieurs adsor- beurs et de nombreuses vannes. Ces vannes augmentent considérablement le coût du matériel ainsi que les frais à engager. On s'efforce donc de réduire la dé- pense occasionnée par les vannes. C'est ainsi qu'on a connaissance à ce sujet par le brevet DE-OS 330 759 du raccordement respectif à l'admission de gaz et à la sortie de gaz de l'adsor- beur d'un bloc de vannes dont les vannes sont inté- grées dans les canalisations de raccordement principa- les. Le bloc de vannes monté sur la tubulure de sortie de gaz est relié par une conduite de gaz séparé au ré- servoir-tampon du gaz de produit. La forme de cons- truction d'un tel bloc de vannes et la disposition des conduites de raccordement ne sont toutefois pas décri- tes dans le DE-OS 33 10 759. Le OD-PS 265806 propose un bloc de vannes pour des installations d'adsorption à variation de pression, qui présente une forme de parallélépipède. Ce bloc de vannes contient des conduites pour le gaz des adsorbeurs dans lesquelles sont disposées les van- nes de ces derniers. Chacune de ces vannes est raccor- dée à une conduite de-gaz de produit au moyen d'une ramification en forme de croix. Chaque conduite dudit gaz conduit par l'intermédiaire de la ramification en forme de croix à plusieurs vannes des adsorbeurs dis- posées sur différentes conduites de gaz des adsorbeurs et se trouve ainsi reliée à toutes les vannes des ad- sorbeurs par ces conduites. Ces blocs de vannes sont en outre reliés par des conduites de gaz séparées à l'accumulateur de mélange de gaz ou à l'accumulateur de gaz de produit. L'inconvénient en est que ces con- duites de gaz augmentent le poids de l'installation d'adsorption ainsi que la probabilité de défauts d'étanchéité. L'installation est caractérisée en ce qu'il est disposé directement sur les extrémités d'entrée des adsorbeurs et sur l'accumulateur de mélange de gaz, un premier bloc de vannes commun et directement sur les extrémités de sortie des adsorbeurs et sur l'accumulateur de gaz de produit un deuxième bloc de vannes commun et en ce qu'il est prévu à l'intérieur du premier bloc de vannes une première conduite de gaz menant à l'accumulateur à tous les adsorbeurs et, à l'intérieur du deuxième bloc de vannes une deuxième conduite de gaz menant de tous les adsorbeurs à l'ac- cumulateur de gaz de produit. L'objet de l'invention est de réduire le coût du matériel et les frais occasionnés par de tel- les installations d'adsorption, de même que les empla- cements nécessaires et le poids de ces installations. L'invention se fixe pour objet d'aménager la disposition entre un des blocs de vannes et adsor- beurs, de l'accumulateur du mélange de gaz et de l'ac- cumulateur du gaz de produit de manière à réduire au maximum les conduites de gaz entre ces appareillages. Cet objet est atteint d'après l'invention en ce que les adsorbeurs, l'accumulateur de mélange de gaz et l'accumulateur de gaz de produit sont regroupés en un bloc de réservoirs et en ce qu'il est disposé directement aux extrémités d'entrée des adsorbeurs et de l'accumulateur de mélange de gaz un premier bloc de vannes commun, alors qu'un deuxième bloc de vannes commun est disposé directement aux extrémités de sor- tie des adsorbeurs et de l'accumulateur de gaz de pro- duit. Il est prévu pour cela à l'intérieur du premier bloc de vannes une première conduite de gaz menant de l'accumulateur de mélange de gaz à tous les adsorbeurs et à l'intérieur d' un deuxième bloc de vannes une deuxième conduite de gaz menant de tous les adsorbeurs à l'accumulateur de gaz de produit. De cette manière, le gaz s'écoule directement dans le premier bloc de vannes à partir de l'accumulateur de mélange de gaz, puis directement des blocs de vannes dans les adsor- beurs et de ces derniers dans les blocs de vannes, puis du deuxième bloc de vannes directement dans l'ac- cumulateur de gaz de produit. Il n'existe pas de con- duites de gaz entre les adsorbeurs, l'accumulateur de mélange de gaz et l'accumulateur de gaz de produit d'une part et les blocs de vannes d'autre part. Les adsorbeurs présentent opportunément à leurs extrémités d'entrée et de sortie un élément sur lequel est monté directement le bloc de vannes corres- pondant. On a prévu dans l'élément intermédiaire l'in- sertion de tamis et, le cas échéant, de ressorts. L'insertion de tamis empêche le produit d!adsorption de pénétrer dans le bloc de vannes et les ressorts in- sérés compriment le produit d'adsorption. Un développement prévoit que l'accumulateur de mélange de gaz présente lui aussi à son extrémité d'entrée ou de sortie un élément intermédiaire disposé directement sur le premier bloc de vannes. L'accumula- teur de gaz de produit présente également à ses extré- mités d'entrée et de sortie un élément intermédiaire disposé directement sur le deuxième bloc de vannes. Selon une forme particulière d'exécution de lrinstal- lation d'adsorption, les adsorbeurs sont constitués par deux parties d'adsorbeur. Ceux-ci sont disposés verticalement côte à côte et reliés entre eux par une conduite. Cette forme d'exécution permet de réduire l'encombrement de l'installation. Un avantage de l'invention réside dans la suppression de conduites de gaz séparées entre les ad- sorbeurs, l'accumulateur de mélange et l'accumulateur de gaz de produit d'une part et les blocs de vannes d'autre part, grâce à quoi on obtient une installation d'adsorption plus compacte et d'un moindre poids. D'autres avantages de l'invention sont ca- ractérisés en ce que les adsorbeurs présentent à leurs extrémités d'entrée et de sortie un élément intermé- diaire qui est disposé directement sur le bloc de van- nes considéré et en ce qu'il est prévu d'insérer un tamis dans l'élément intermédiaire. Suivant une autre caractéristique de l'in- vention, l'accumulateur de mélange de gaz présente à ses extrémités d'entrée et de sortie un élément inter- médiaire disposé directement sur le premier bloc de vannes et en ce que l'accumulateur de gaz de produit présente à ses extrémités d'entrée et de sortie un élément intermédiaire disposé directement sur le deuxième bloc de vannes. Suivant une autre caractéristique de l'in- vention, les adsorbeurs sont constitués de deux par- ties qui sont disposées verticalement côte à côte et sont reliés par une conduite. L'invention va être expliquée en détail ci- après à l'aide d'un exemple d'exécution. Les dessins montrent: - en figure 1: la section d'un bloc de vannes. - en figure 2 rune coupe longitudinale d'une instal- lation d'adsorption à variation de pression avec des adsorbeurs non désirés. - en figure 3: une section d'une installation d'ad- sorption avec des adsorbeurs en deux parties. - en figure 4: une vue en perspective d'une installa- tion d'adsorption avec adsorbeurs en deux parties. - en figure 5: une vue d'en-dessus d'une installation d'adsorption avec adsorbeurs, dont les blocs de vannes sont pourvus de plaques frontales. L'installation d'adsorption sert pour l'ex- traction d'oxygène de l'air. Ainsi, le mélange de gaz à séparer est, d'après cet exemple, l'air. Le coeur de l'installation est constitué par le premier adsorbeur 1, par le deuxième adsorbeur 2 et par le troisième adsorbeur 3. Ces 3 adsorbeurs sont directement disposés sur le premier bloc de vannes 4 et sur le deuxième bloc de vannes 5. En outre, l'accu- mulateur de gaz de produit 7 est disposé directement sur le premier bloc de vannes 4 de l'accumulateur de mélange de gaz et sur le deuxième bloc de vannes 7. Les 3 adsorbeurs 1, 2, 3 sont reliés directement à leurs extrémités d'entrée au premier bloc de vannes 4 et à leurs extrémités de sortie au deuxième bloc de vannes 5. La jonction des 3 adsorbeurs 1, 2, 3 de l'accumulateur de mélange de gaz 6 et de l'accumula- teur de mélange de produit avec les deux blocs de van- nes est assurée dans chaque cas au moyen de l'élément intermédiaire cylindrique 8. Ces éléments intermédiai- res 8 sont respectivement fixés (par soudage) de ma- nière étanche aux gaz aux extrémités d'entrée et de sortie des adsorbeurs 1, 2, 3, à l'accumulateur de mé- lange de gaz 6 et à l'accumulateur de gaz de produit, ils pénètrent dans les blocs de vannes 4, 5 et sont vissés dans ceux-ci. On crée ainsi une jonction rigide et étanche aux gaz entre les deux blocs de vannes 4, 5 et les appareillages mentionnés. Il est respectivement prévu un tamis dans les éléments intermédiaires 8 fixés sur les 3 adsorbeurs 1, 2, 3, grâce auquel la sortie du produit d'adsorption dans les blocs de van- nes est interdite. En outre, le dispositif de précon- trainte de l'élément qui limite la couche de produit d'adsorption aux extrémités de sortie des 3 adsorbeurs 1, 2, 3 fait saillie dans les éléments intermédiaires 8. Les éléments intermédiaires sont technique- ment constitués aussi courts que possible, c'est-à- dire aussi courts que l'exige un raccord vissé à l'ai- de de goujons filetés enfoncés dans les blocs de van- nes 4, 5. Sur d'autres formes d'exécution, la longueur de l'élément intermédiaire 8 peut être déterminée par les dimensions des éléments insérés qui doivent être disposés dans l'élément intermédiaire. La longueur de l'élément intermédiaire re- présente au plus 10 % de la longueur des adsorbeurs 1, 2, 3 ou de l'accumulateur de mélange de gaz 6 ou de l'accumulateur de gaz de produit. Ainsi les 3 adsor- beurs 1, 2, 3, l'accumulateur 6 et l'accumulateur 7 sont directement disposés sur les deux blocs de vannes 4, 5 ou sur un des deux blocs de vannes 4, 5. De plus, les adsorbeurs 1, 2, 3 de l'accumulateur 6 et de l'ac- cumulateur 7 sont regroupés en un seul bloc de réser- voirs. Les deux blocs de vannes 4, 5 sont, pour l'essentiel, réalisés comme décrit dans le DE-PS 26 65 806. Ils présentent une forme de parallélépipède avec une surface de base angulaire. Comme on le voit à la figure 1, les deux blocs de vannes 4, 5 présentent respectivement un embranchement en forme de croix aux endroits o sont disposés les 3 adsorbeurs 1, 2, 3 et l'accumulateur 6 ou l'accumulateur 7. Ces embranche- ments sont respectivement reliés par un canal à l'élé- ment intermédiaire 8, de telle sorte que du gaz peut s'écouler des adsorbeurs 1, 2, 3, de l'accumulateur 6 ou de l'accumulateur 7 dans l'embranchement correspon- dant et inversement. Les embranchements débouchent respectivement dans deux ou trois extrémités de tubes, qui constituent conjointement -avec une membrane ac- tionnée pneumatiquement les vannes d'adsorbeurs 9. Trois de ces vannes 9 sont représentées à la figure 1. A l'endroit o se trouvent les extrémités de tubes mentionnées, des évidements de forme cylindrique sont aménagés dans les deux blocs de vannes 4, 5 et constituent avec les extrémités de tubes une fente an- nulaire. La surface d'une telle fente annulaire cor- respond à la surface de la section intérieure des ex- trémités de tubes. Les deux blocs de vannes 4, 5 pré- sentent en direction longitudinale deux conduites de gaz, qui relient ensemble les trois adsorbeurs 1, 2, 3 et l'accumulateur de mélange de gaz 6 ou l'accumula- teur de gaz de produit. Les évidements de forme cylin- drique font partie intégrante de ces conduites de gaz. Les axes des tubes menant aux embranchements en forme de croix se recoupent avec l'axe d'une con- duite de gaz. Comme on le voit à la figure 2, une des con- duites de gaz se trouvant dans le premier bloc de van- nes 4 est reliée à une conduite d'air comprimé 10. Cette conduite de gaz reliée à la conduite d'air com- primé 10 représente la première conduite de gaz 11. Elle s'étend sur toute la longueur du premier bloc de vannes 4. Elle relie la conduite d'air comprimé 10 à l'accumulateur de mélange de gaz 6 et aux-trois adsor- beurs 1, 2, 3 et ainsi également l'accumulateur 6 aux trois adsorbeurs 1, 2, 3. La conduite d'air comprimé sert à l'amenée du mélange de gaz qu'est l'air, dont l'oxygène doit être extrait par adsorption. Un filtre disposé dans le premier bloc de vannes 4 sur la première conduite de gaz 11 pénètre dans l'élément intermédiaire 8 appartenant à l'accumu- lateur de mélange de gaz 6. L'air arrivant du compres- seur par la conduite d'air comprimé s'écoule à travers le filtre dans l'accumulateur de mélange de gaz 6, et de là à travers l'élément intermédiaire 8 appartenant à l'accumulateur 6, à travers la première conduite de gaz et enfin à l'adsorbeur 1, 2 ou 3 concerné, dans lequel s'effectue le processus d'adsorption, en pas- sant par la vanne 9 adjointe au dit adsorbeur 1, 2 ou 3. Une autre conduite de gaz du premier bloc de vannes 4, qui s'étend également sur toute la longueur de ce bloc de vannes, est reliée à la conduite de gaz résiduel 12. Cette conduite de gaz n'est toutefois pas reliée à l'accumulateur de mélange de gaz 6. C'est par cette conduite de gaz 12 que le gaz résiduel du pro- cessus de désorption ou de rinçage dans les adsorbeurs 1, 2, 3 quitte le premier bloc de vannes 4. Le gaz résiduel sort de l'un des adsorbeurs 1, 2, 3 dans l'élément intermédiaire 8 adjoint à cet adsorbeur, puis circule dans la conduite de gaz se trouvant dans le premier bloc de vannes 4 qui est reliée à la con- duite de gaz résiduel et débouche enfin dans la con- duite de gaz résiduel 12. Les trois adsorbeurs 1, 2, 3 sont reliés en- tre eux ainsi qu'avec l'accumulateur de gaz de produit 7 au moyen de la deuxième conduite de gaz 13 disposée dans la deuxième conduite de gaz. Il est prévu sur la deuxième conduite de gaz, entre les 3 adsorbeurs 1, 2, 3 et l'accumulateur de gaz de produit 7 une soupape de retenue, qui interdit le reflux de l'oxygène de l'ac- cumulateur 7 dans les 3 adsorbeurs. L'oxygène extrait est st6cké dans l'accumulateur 7. L'oxygène séparé pendant le processus d'adsorption sort de l'adsorbeur considéré, par l'élément intermédiaire 8 appartenant à cet adsorbeur et par la vanne d'adsorbeur 9 correspon- dante, dans la deuxième conduite de gaz 13 menant à l'accumulateur 7 et gagne par cette conduite de gaz et la soupape de retenue l'accumulateur de gaz de produit 7. La deuxième conduite de gaz 13 est reliée à la con- - duite de gaz de produit 14, par laquelle l'oxygène ar- rivant de l'accumulateur 7 quitte l'installation d'ad- sorption à variation de pression. Cette conduite de gaz de produit 14 présente une vanne à l'aide de la- quelle on règle le prélèvement d'oxygène dans l'accu- mulateur 7. Les autres conduites de gaz disposées dans le deuxième bloc de vannes 5 relient les trois adsor- beurs 1, 2, 3 entre eux. Sur l'installation représentée à la figure 2, les deux blocs de vannes 4, 5 sont disposés en re- gard, c'est-à-dire en-dessus et en-dessous des adsor- { beurs de l'accumulateur de mélange de gaz 6 et de l'accumulateur de gaz de produit 7. On choisit de pré- férence une telle disposition pour des installations d'adsorption à variation de pression de quelque impor- tance. Sur une forme d'exécution d'après les figu- res 3 et 4, les trois adsorbeurs se présentent divisés et les deux blocs de vannes 4, 5, sont disposés hori- zontalement côte à côte. Les deux parties d'adsorbeur sont reliées entre elles par la conduite de raccorde- ment 15, par laquelle le gaz s'écoule d'une partie d'adsorbeur dans l'autre partie. Cette forme d'exécu- tion est adoptée pour des installations d'adsorption d'assez petit format pour lesquelles on désire un fai- ble encombrement. La figure 5 représente une forme d'exécution de l'installation d'adsorption avec une surface de base carrée. Les trois adsorbeurs 1, 2, 3 y sont réalisés divisés et les deux blocs de vannes 4, 5 y sont disposés horizontalement côte à côte, une plaque frontale est disposée sur chacun des deux blocs de vannes 4, 5. Les plaques frontales présentent égale- ment des conduites de gaz qui sont reliées aux condui- tes de gaz des blocs de vannes 4, 5. Les conduites de gaz de la plaque frontale appartenant au premier bloc de vannes 4 mènent aux extrémités d'entrée des trois adsorbeurs 1, 2, 3. La première conduite de gaz 11, qui est reliée à la conduite d'air comprimé 10, mène en outre à l'accumulateur de mélange de gaz 6. La deuxième conduite de gaz 13 de la plaque frontale ap- partenant au deuxième bloc de vannes mène aux extrémi- tés de sortie des trois adsorbeurs 1, 2, 3 et à l'ac- cumulateur de gaz de produit. Les deux plaques fronta- les font ainsi directement partie des deux blocs de vannes. Cette forme d'exécution convient surtout pour de petites installations d'adsorption d'un encom- brement particulièrement réduit. Elle convient bien pour une disposition de l'installation dans un conte- neur relativement petit. REVENDICATIONS 1 ) Installation d'adsorption à variation de pression pour la séparation de mélanges de gaz, cons- tituée par plusieurs adsorbeurs disposés côte à côte, par un accumulateur de mélange de gaz, par un accumu- lateur de gaz de produit et par des blocs de vannes, qui contiennent les vannes des adsorbeurs, caractéri- sée en ce qu'il est disposé directement sur les extré- mités d'entrée des adsorbeurs (1, 2, 3) et sur l'accu- mulateur de mélange de gaz (6) un premier bloc de van- nes (4) commun et directement sur les extrémités de sortie des adsorbeurs (1, 2, 3) et sur l'accumulateur de gaz de produit (7) un deuxième bloc de vannes com- mun (5) et en ce qu'il est prévu à l'intérieur du pre- mier bloc de vannes (4) une première conduite de gaz (11) menant à l'accumulateur (6) à tous les adsorbeurs (1, 2, 3) et, à l'intérieur du deuxième bloc de vannes (5) une deuxième conduite de gaz (13).menant de tous les adsorbeurs (1, 2, 3) à l'accumulateur de gaz de produit. 2) Installation d'adsorption à pression va- riable selon la revendication 1, caractérisée en ce que les adsorbeurs (1, 2, 3) présentent à leurs extré- mités d'entrée et de sortie un élément intermédiaire (8), qui est disposé directement sur le bloc de vannes (4, 5) considéré et en ce qu'il est prévu d'insérer un tamis dans l'élément intermédiaire (8). 3-) Installation d'adsorption à pression va- riable selon la revendication 1 ou 3, caractérisée en ce que l'accumulateur de mélange de gaz (6) présente à ses extrémités d'entrée et de sortie un élément inter- médiaire (8) disposé directement sur le premier bloc de vannes (4) et en ce que l'accumulateur de gaz de produit (7) présente à ses extrémités d'entrée et de sortie un élément intermédiaire (8) disposé directe- ment sur le deuxième bloc de vannes (5). 4') Installation d'adsorption à variation de pression selon la revendication 1 à 3, caractérisé en ce que les adsorbeurs (1, 2, 3) sont constitués de deux parties qui sont disposées verticalement côte à côte et sont reliés par une conduite (15).