Brevet FR2727875A1 — publié le 19960614

La présente invention concerne les installations de traitement d'au moins un fluide, du type comprenant au moins un récipient dêlinissant une portion de trajet non verticale de fluide à travers au moins deux masses de matériau particulaire adjacentes logées dans le récipient Des installations de ce type trouvent de larges applications dans la technique, avec des matériaux particulaires tels que des catalyseurs et/ou des adsorbants. Dans la majeure partie de ces applications, rotation de performances optimales est conditionnée par la mnstare de épaisseur de chaque masse de matériau particulaire dans le sens d'écoulement du fluide, ctest-à-dire la précision géométrique de interface entre deux couches adjacentes.Jusqu'à présent, en particulier dans les installations à masses d'adsorbants différenciées concentriques, cette précision interface imposait la mise en place, délicate et onéreuse, d'une grille intermédiaire, comme décrit dans le document EPO. i EPW0.118.349. La présente invention a pour objet de proposer une installation de traitement de fluide simplifiée, avec des couts d'irez considérablement réduits et offrant une grande soupasse d'utilisation et de nombreuses possibilités d'optimisation. Pour ce faire, selon une caractéristique de rinvention, les deux masses de matériau particulaire adjacentes sont en contact direct rune avec l'autre suivant une zone d'interface, typiquement sensiblement verticale, sensiblement plane ou avantageusement sensiblement cylindrique. Dans la présente invention, par "contact direct suivant une d'interface", on entend une zone d'interface sans mélange, ou légèrement mélangée sur une faible épaisseur, dépourvue de toute paroi ou cloison interposée entre les deux masses adgacentes. La présente invention a également pour objet un procédé de chargement d'au moins une masse de matériau particulaire dans un volume inteme d'un récipient d'une telle installation au moyen d'au moins un dispositif déverseur ayant au moins une première partie mobile disposée dans le récipient et comportant l'étape de déplacer au moins verticalement la première partie mobile dans le volume interne. Selon une autre caractéristique de l'invention, au moins deux tels dispositifs déverseurs sont mis en oeuvre simultanément dans le volume interne du récipient La présente invention a pour autre objet des applications industrielles de telles installations, en particulier au traitement de flux d'air, par exemple le séchage et'ou la séparation d'au moins un constituant gazeux d'un flux drain. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description suivantes de modes de réalisation dorée à titre illustratif mais nullement limitatif, faite en relation avec les dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 est une vue schématique en coupe verticale d'une installation de traitement selon l'invention en cours de chargement suivant un mode de réalisation de l'invention; - la figure 2 est une vue schématique en perspective du dispositif déverseur double de la figwe 1; - les figures 3 et 4 sont des vues analogues à la figure 1 montrant des variantes de réalisation de l'invention; - la figure 5 est une vue schématique en plan d'une autre variante de réalisation de rinvention ;; et - la figure 6 est une vue schématique en coupe verticale d'une installation selon la figure 5. Dans la description qui va suivre et sw les dessins, les éléments identiques ou analogues portent les mêmes chiffres de référence, éventuellement indicés. Sur la figure 1, on a représenté un récipient 1 d'une installaoon d'épuration par adsorption du type décrit dans le document EP4-0.118.349 sus-mentionné, définissant un volume interne fermé d'axe vertical divisé intérieurement par une grille tubulaire centrale 2 et une grille tubulaire périphérique 3 concentriques en un volume central 4, un volume annulaire intermédiaire 5 et un volume annulaire périphérique 6 conceritriques, le volume annulaire intermédiaire 5 étant rempli d'au moins une, en l'occurrence deux masses d'adsorbants A, B, traversées successivement par les gaz s'écoulant radialement entre les volumes 4 et 6 et, selon invention, dépourvu de grille intermédiaire.Pour l'épuration de l'air avant sa distillation ou pour la séparation de l'air par les techniques dites d'adsorption par variation de pression (PSA ou VSA), les adsorbants A et B sont généralement constitués de matériaux particulaires différenciés par leur composition et/ou leur granulométrie, typiquement de particules d'alumine et/ou de zéolithe, respectivement. Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 1, un appareil pour la mise en oeuvre des masses d'adsorbants A et B selon un procédé de la présente invention comprend deux dispositifs épandeurs accolés 7 et 8 de largeur hors tout Inférieure à la largeur radiale du volume intermédiaire 5 et solidaires d'un bâti 9 comportant des moyens d'entraînement, par exemple des galets 10 prenant appui radialement sur les parois des grilles 2 et 3 et entraînés en rotation par un moteur 11 porté par le bâti.Chaque dispositif répandeur 7. 8. comporte une partie principale formant réserve de matériau particulaire se prolongeant vers le bas et vers l'arrière en une extrémité postérieure amincie se terminant par une bouche de distribution 12, 13, respectivement, la face antéro-inférieure de chaque dispositif 7, 8, présentant par exemple un profil en forme de sabot arrondi 14 se prolongeant, vers l'arrière. par une face horizontale de supportage se terminant au droit de la bouche de déversement 12, 13. Dans le mode de réalisation représenté, les parties principales des dispositifs épandeurs 7 et 8 sont reliées, par des conduites flexibles ou télescopiques 15 et 16. respectivement, à des réservoirs 17 et 18 de matériaux particulaires supportés à rotation, en 19, sur l'extrémité supérieure, non perforée, de la grille centrale 2. Les réservoirs 17 et 18 ainsi que les dispositifs épandeurs 7 et 8 sont dimensionnés de façon à pouvoir passer au travers d'une ouverture d'accès 20 formée, avantageusement axialement. dans l'extrémité supérieure de l'enveloppe du récipient 1. de façon à être extrait après remplissage du volume intermédiaire 5. Comme on le voit bien sur la figure 2. chaque dispositif épandeur 7, 8, dépose derrière lui, lorsqu'il est déplacé dans la direction opposée aux bouches 12, 13. un ruban continu 21A. 21B de matériau particulaire ayant une section correspondant à celle de la bouche de dépose 12, 13 et donc d'épaisseur constante. Ainsi. en faisant tourner les dispositifs épandeurs 7 et 8 dans la chambre intermédiaire 5, ils déposent, à chaque révolution, une strate de deux rubans adjacents 21A, 21 B de même épaisseur occupant la totalité de la largeur radiale du volume intermédiaire 5.A chaque nouvelle révolution, les dispositifs épandeurs 7 et 8. prenant appui sur la strate antérieurement déposée et en glissant sur cette dernière, déposent progressivement une nouvelle strate, jusqu'à atteindre le haut du volume intermédiaire 5, après quoi les dispositifs épandeurs et les réservoirs 17 et 18 sont retirés et des moyens de blocage et/ou d'étanchéité sont mis en place, dans le haut du volume intermédiaire 5, pour éviter, en utilisation, des phénomènes locaux de bipasse du fluide ou de fluidisation des masses A et B. Comme on le voit également sur la figure 2, le procédé selon l'invention permet de mettre en place côte à côte au moins deux lits d'adsorbants différenciés, de matériaux différents ou d'un même matériau présentant des granulométries différentes, sans devoir aménager, selon l'objet de l'invention, de grille de séparation et de contention entre les masses de matériaux particulaires.En effet, I'étalement concomittant, simultané dans ce mode de réalisation. des rubans 21A, 21B, d'épaisseur contrôlée constante, dans la pratique entre 1 et 20 cm, évite les problèmes de talutage sur les bords et limite, même avec des matériaux particulaires très fluides, les problèmes de mélange entre deux rubans adjacents, cette zone de mélange étant de l'ordre de grandeur du talus, ctest-à-dire de l'ordre de trois fois l'épaisseur du ruban étalé si l'épandage est séquentiel, ou une valeur notablement inférieure si l'épandage est comme dans ce mode de réalisation préféré. simultané. On a représenté sur les figures 3 et 4 des modes de remplissage permettant de s'affranchir de ces conditions de dépose simultanée ou quasisimultanée et mettant en oeuvre un coffrage glissant 30 de faible hauteur, logeable donc dans le haut du récipient en fin de phase de remplissage et se déplaçant verticalement au fur et à mesure de la dépose des strates de matériau particulaire, conférant ainsi, par élimination du talus, la même rigueur d'interface à un épandage ou une dépose séquentiel(le) qu'à un épandage simultané, tel que précédemment décrit. On retrouve sur la figure 3 les deux dispositifs épandeurs 7 et 8 de la figure 1, ici dissociés et indépendants, comme l'autorise le coffrage glissant 30, mais synchronisés dans leur actionnement.Le coffrage glissant 30 se présente sous la forme d'un tronçon de tube disposé concentriquement dans l'espace 5 et ayant une extension axiale supérieure à 1.5 fois la hauteur axiale de la bouche la moins haute (13) des dispositifs épandeurs 7, 8 entre lesquels il s'étend. Avantageusement, I'extrémité supérieure du coffrage 30 comporte une collerette radiale 31 portant en appui sur un organe de roulement 32 au sommet d'un des dispositifs épandeurs de façon à se déplacer axialement simultanément avec ce dernier, l'autre dispositif épandeur étant actionné en rotation en synchronisme avec le premier. Le mode de réalisation de la figure 4 se distingue de celui de la figure 3 par le fait que le remplissage d'une des masses de matériau particulaire, en l'occurrence la masse interne B est effectué ici par déversement en pluie, comme l'autorise le coffrage glissant 30., au moyen d'une rampe 80 se déplaçant en rotation en synchronisme avec le dépôt, par un dispositif épandeur 7 tel que décnt plus haut. de strates d'épaisseur constante selon les procédés des figures 1 et 3 On a représenté sur la figure 5 un dispositif à deux coffrages glissants pour le chargement de trois masses de matériaux particulaires concentriques dans le volume interne défini entre les grilles intérieure 2 et extérieure 3.Comme on le voit sur la figure 5. le dispositif comporte un équipage tournant 70, déplaçable axialement en étant avantageusement suspendu au haut du récipient 1. de trois trémies déverseuses 71. 72, 73 reliées par des bras transversaux 74 et pourvues d'organes de roulement ou d'appui à faible friction coopérant avec les collerettes radiales 311 et 312 de deux coffrages glissants tubulaires concentriques 3 1 302, séparant les volumes des trois masses d'adsorbant concentriques A, B, C.Les trémies doseuses 71-73, alimentées par des réserves tournant avec l'équipage comme dans le mode de réalisation de la figure 1. comportent des ouvertures de déversement inférieures 81, 82. 83, débouchant respectivement dans les espaces annulaires entre le coffrage intérieur 312 et la grille intérieure 4, entre les coffrages 312 et 311. et entre le coffrage extérieur 311 et la grille extérieure 3. Après remplissage de la zone entre les grilles 2 et 3, I'équipage 10 est démonté et extrait du récipient 1 par l'ouverture 20, puis le volume supérieur au-dessus des masses A, B, C est au moins partiellement occupé par un ou des dispositifs de contention des parties supérieures des masses A-C. par exemple par une baudruche 40 connectable à une source de gaz sous pression. Comme on le comprendra de ce qui précède. le problème technique principal réside dans la réalisation d'au moins deux masses homogènes de matériaux particulaires dans le volume confiné de I'adsorbeur, plus particulièrement quand les masses sont annulaires et concentriques il faut en effet maintenir les niveaux de matériaux particulaires dans le volume de réception ou dans les dispositifs d'étalement dans des limites étroites (la hauteur des couches successives dans les variantes selon les figures 1 et 2, la hauteur du coffrage glissant dans les variantes selon les figures 3 à 5, la hauteur de la trémie du dispositif de répandage).Ces hauteurs sont en effet obligatoirement limitées du fait de la nécessité de pouvoir sortir les dispositifs déverseurs ou étaleurs du récipient en fin de leur remplissage ou de les abandonner dans un volume ou dans le haut de celui-ci sans qu'ils nuisent au bon fonctionnement de l'installation. Il est en effet délicat, en dehors des Installations avec des récipients de faibles dimensions qui peuvent être assemblés en usine. d'effectuer le remplissage d'un récipient ouvert vers le haut, ce qui permet l'utilisation d'au moins un coffrage glissant ayant une hauteur supérieure à un tiers de celle des grilles 2 et 3, que l'on peut enlever après remplissage complet du récipient dont le fond supérieur serait ensuite soudé ou assemblé par une bride sur la virole périphérique.Selon l'invention, le débit de chaque matériau particulaire mis en place dans le récipient doit être adapté à tout instant de manière à maintenir des niveaux homogènes. A cette fin, les dispositifs déverseurs/répandeurs peuvent comporter un moyen de contrôle de débit du matériau particulaire, typiquement en amont du dispositif épandeur, par exemple des dispositifs de soutirage à vannes ou à ergots, comme représenté en 51 et 52 sur la figure 1, des moyens de mesure de niveau du matériau particulaire dans les trémies d'épandage, par exemple des cellules photo-électriques comme représenté en 53 et 54 sur la figure 2, ou des dispositifs fonctionnant par réflexion. notamment à ultrasons, comme représenté en 55 et 56 sur la figure 5. Quoique la présente invention ait été décrite en relation avec des modes de réalisation particuliers. elle ne s'en trouve pas limitée pour autant mais est au contraire susceptible de modifications et de variantes qui apparaîtront à l'homme de l'art. Ainsi. le procédé des figures 1 et 2 peut être utilisé pour déposer séquentiellement des rubans parallèles dans des installations de traitement verticales non cylindriques. notamment pour y aménager une pluralité de masses de matériaux particulaires adjacentes de faible épaisseur et présentant des granulométries différentes. REVENDICATIONS 1. Installation de traitement d'au moins un fluide, comprenant au moins un récipient (1) définissant une portion de trajet non verticale de fluide au travers d'au moins deux masses de matériau particulaire adjacentes (A; B ; C), caractérisée en ce que les deux masses adjacentes sont en contact direct l'une avec l'autre suivant une zone d'interface. 2. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que la zone d'interface est sensiblement verticale. 3. Installation selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que la zone d'interface est sensiblement plane. 4 Installation selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que la zone d'interface est sensiblement cylindrique. 5. Installation selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les matériaux particulaires des masses sont différenciés. 6. Installation selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins trois masses adjacentes (A; B . C) en contact direct deux à deux. 7. Installation selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le matériau particulaire d'au moins une des masses est un adsorbant pour au moins un constituant du fluide. 8. Application d'une installation selon l'une des revendications précédentes au traitement d'un flux d'air. 9. Procédé de chargement d'au moins une masse de matériau particulaire (A B C) dans un volume Interne (5) d'un récipient (1) définissant une portion de trajet non verticale de gaz au travers de la masse au moyen d'au moins un dispositif déverseur (7 , 8 , 80 71-73) ayant au moins une première partie mobile (7 : 8. 30 , 70) disposée dans le récipient, comportant l'étape de déplacer au moins verticalement la première partie mobile dans le volume interne du récipient. 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comporte en outre l'étape de déplacer au moins horizontalement une deuxième partie mobile (7 8 80 70) du dispositif déverseur dans le récipient. 11. Procédé selon la revendication 9 ou la revendication 10, caractérisé en ce que les déplacements des première et deuxième parties mobiles dans le récipient sont synchronisés. 12. Procédé selon la revendication 10 ou la revendication 11, caractérisé en ce que le matériau particulaire est déposé sous la forme d'au moins une couche continue horizontale (21A. 21 B). 13. Procédé selon l'une des revendications 9 à 12. caractérisé par la mise en oeuvre simultanée d'au moins deux dispositifs déverseurs (7 ; 8, 80. 71-73). 14. Procédé selon lune des revendications 9 à 13, caractérisé en ce que le déplacement horizontal de la deuxième partie mobile (7 , 8 , 80, 70) s'effectue suivant un trajet fermé.