Brevet FR2718056A1 — publié le 19951006

Procédé de production d'un gaz par adsorption La présente invention concerne un procédé de production d'un gaz moins aisément adsorbable d'un mélange gazeux par adsorption dans une unité d'adsorption comprenant au moins trois adsorbeurs et mettant en oeuvre, pour chaque adsorbeur, un cycle comportant les étapes suivantes: a) production sensiblement isobare à pression haute du cycle dudit gaz; b) dépressurisation à co-courant jusqu'à une pression intermédiaire; c) dépressurisation à contre-courant jusqu'à une pression basse de cycle; d) élution avec admission à contre-courant de gaz provenant d'un autre adsorbeur en phase b); et e) recompression jusqu'à la pression haute du cycle à contre- courant par du gaz de production. De tels cycles, développés à partir d'un cycle de base décrit dans le document US-A-3.176.444 et comportant une étape d'élution assez longue, sont utilisés en particulier pour la production d'oxygène de moyenne pureté à partir d'air. La présente invention a pour objet de proposer un nouveau procédé permettant, sans aucun investissement supplémentaire et par simple modification du programme de commande de cycle, d'obtenir des performances sensiblement améliorées avec une réduction sensible de la consommation d'énergie spécifique, en particulier pour la production d'oxygène de pureté supérieure à 90 %. Pour ce faire, selon une caractéristique de l'invention, l'étape b) de dépressurisation comprend une phase finale b2 o la dépressurisation s'effectue également à contre-courant, I'étape d'élution d) étant suivie d'une phase de recompression f) à contre-courant avec du gaz provenant d'un autre adsorbeur en phase b2. Selon d'autres caractéristiques de l'invention: - la pression basse de cycle est inférieure à la pression atmosphérique, typiquement inférieure à 0,5 x 105 Pa, la pression de cycle étant typiquement légèrement supérieure à la pression atmosphérique; 2 2718056 - le soutirage à contre-courant dans les étapes b2, c) et d) est effectué par pompage. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description suivante d'un mode de réalisation donné à titre illustratif mais nullement limitatif, faite en relation avec le dessin annexé, sur lequel: - la planche unique représente schématiquement dans un diagramme pression/temps, un cycle d'un procédé selon l'invention. Dans la description qui va suivre, I'expression "co-courant" signifie dans le même sens que la circulation de fluide en phase de production, I'expression "contre-courant" signifiant dans le sens inverse du précédent. Le cycle représenté sur la figure unique correspond à une installation de production d'oxygène moyenne pureté comprenant trois adsorbeurs dont les entrées sont sélectivement connectables à une soufflante de fourniture de mélange gazeux à séparer et à au moins une pompe à vide servant aux phases de décompression et d'élution pour la régénération de l'adsorbant. Comme on le voit sur la figure unique, un cycle T comporte les étapes suivantes: a) de t = zéro jusqu'à T/3, une étape de production sensiblement isobare à pression haute du cycle Ph d'oxygène disponible en sortie de l'adsorbeur alimenté en son entrée par de l'air à une pression Ph; b1) de T/3 à t1, la sortie de l'adsorbeur à la pression haute du cycle est reliée à la sortie d'un autre adsorbeur se trouvant à la pression basse du cycle Pb dont l'entrée est reliée à la pompe à vide, I'élution à contre-courant, de 2T/3 à t3, dans cet autre adsorbeur y provoquant une première recompression; b2) de t1 à t2, les sorties des deux adsorbeurs demeurent communicantes, mais la décompression du premier adsorbeur s'effectue également par soutirage à contre-courant par connexion de son entrée à la pompe à vide qui est simultanément déconnectée de l'autre adsorbeur après t3, et qui continue, jusqu'à t4, sa recompression par du gaz pur provenant du premier adsorbeur; 3 2718056 c) de t2 à 21/3, étape finale de décompression du premier adsorbeur jusqu'à la pression basse du cycle Pb, effectuée uniquement par l'action de la pompe; d) de 2T/3 à t3, élution/recompression par du produit pur en provenance d'un autre adsorbeur en début de phase de décompression avec soutirage simultané par la pompe (étape b1) vue précédemment); f) de t3 à t4, recompression à contre-courant par du produit pur provenant de l'autre adsorbeur en étape b2); et e) de t4 à T, recompression jusqu'à la pression haute du cycle Pb) par du produit pur prélevé sur la production. On a représenté dans le tableau ci-dessous les résultats comparatifs obtenus avec une même installation de trois adsorbeurs remplis avec de la zéolithe type 5A, 13X ou CAX, réalisant un cycle dont la pression haute Ph est de 1,1 x 105 Pa abs. et la pression basse Pb de 0,31 x 105 Pa abs., pour un temps de cycle total de 3 x 30 secondes, A correspondant à un cycle défini au début de la description et B, à un cycle selon l'invention, le rendement étant défini par le rapport: quantité d'oxygène produite/quantité d'oxygène consommée. Teneur 02 Rendement % 88 % A: 50 % B: 52 % 92 % A: 47 % B:51 % 94,8 % A: 37 % B: 45 % Selon un aspect de l'invention, les étapes de production et de dépressurisation par aspiration sont déterminées de façon que les moyens de compression du mélange gazeux d'une part, et les moyens de pompage d'autre part, fonctionnent en continu. Ainsi, comme dans l'exemple représenté, pour une unité à n adsorbeurs et un temps de cycle T, la durée des étapes b2), c) et d) d'une part, et a), d'autre part, est égale à k x T/h, k étant un nombre entier supérieur ou égal à 1. 4 2718056 Quoique la présente invention ait été décrite en relation avec un mode de réalisation particulier, elle ne s'en trouve pas limitée mais est au contraire susceptible de modifications et de variantes qui apparaîtront à l'homme de l'art. 2718056 REVENDICATIONS 1. Procédé de production d'un gaz moins aisément adsorbable d'un mélange gazeux par adsorption dans une unité d'adsorption comprenant au moins trois adsorbeurs et mettant en oeuvre, pour chaque adsorbeur, un cycle comportant les étapes suivantes: a) production sensiblement isobare à une pression haute du cycle (Ph) dudit gaz; b1) dépressurisation à co-courant jusqu'à une pression intermédiaire; c) dépressurisation à contre-courant jusqu'à une pression basse de cycle (Pb); d) élution avec admission à contre-courant de gaz provenant d'un autre adsorbeur en phase b1); et e) recompression jusqu'à la pression haute (Ph) du cycle à contre-courant par du gaz de production, caractérisé en ce que l'étape de dépressurisation b) comprend une phase finale b2) o la dépressurisation s'effectue également à contre- courant, I'étape d'élution d) étant suivie d'une phase de recompression f) à contre-courant avec du gaz provenant d'un autre adsorbeur en phase b2). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pression basse du cycle (Pb) est inférieure à la pression atmosphérique. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la pression basse (Pb) est inférieure à 0,5 x 105 Pa abs. 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la dépressurisation à contre-courant dans les étapes b2), c) et d) est effectuée par pompage. 5. Procédé selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que la pression haute du cycle (Ph) est légèrement supérieure à la pression atmosphérique. 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, dans une unité d'adsorption comportant à n adsorbeurs, caractérisé en ce que la durée des étapes b2), c) et d) est égale à k x T/h, T étant la durée totale et k un nombre entier supérieur ou égal à 1. 6 2718056 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que la durée de l'étape a) est égale à k x T/h. 8. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le gaz est de l'oxygène et le mélange gazeux, l'air.