Brevet FR2735381A1 — publié le 19961220

La présente invention concerne les installations de fourniture d'un gaz ou d'un mélange gazeux à pureté contrôlée à au moins un poste utilisateur, du type comprenant un dispositif de génération dudit gaz, et au moins une ligne de distribution dudit gaz comportant au moins un poste d'analyse d'au moins une impureté susceptible d'être contenue dans le gaz véhiculé dans la ligne et, en aval de ce demier, des moyens de vannes d'isolement et de dérivation. Un nombre de plus en plus important de procédés exige dorénavant des gaz à pureté contrôlée, notamment à très haute pureté. La pollution accidentelle par certaines impuretés de la production de ces gaz peut entraîner des conséquences dramatiques pour l'unité consommatrice. C'est pourquoi les unités de production sont le plus souvent équipées de systèmes d'analyse et d'isolementldérivation du gaz fourni pour, en cas de détection d'un niveau intolérable d'une impureté dans le gaz fourni, empêcher que ce dernier parvienne au poste utilisateur et le dériver vers une mise à l'air libre ou un poste de destruction. Un problème se pose lorsque le temps de réponse de la chaîne d'isolement/ dérivation (correspondant essentiellement au temps requis pour l'analyse et au temps de manoeuvre des vannes en réponse à un signal résultant de cette analyse) devient supérieur à un couple de secondes, ce qui est le cas pour les analyses de traces faibles d'impuretés.En effet, pendant ces quelques secondes, le gaz que l'on a analysé ne doit pas avoir dépassé le moyen de vanne d'isolement!dérivation, faute de quoi il parviendrait au poste utilisateur. La vitesse du gaz dans la ligne de distribution pouvant atteindre plusieurs dizaines de mètres par seconde, il faudrait, pour éviter cela, augmenter considérablement la longueur du tronçon de tuyauterie entre la prise d'analyse et les moyens de vannes, avec les problèmes afférents de coûts de réalisation et d'encombrement. La présente invention a pour objet de proposer une installation simple et robuste permettant d'obvier à ces inconvénients tout en garantissant un fonctionnement fiable de la production. Pour ce faire, selon une caractéristique de l'invention, I'installation comporte, inséré entre le poste d'analyse et les moyens de vannes, un réservoir contenant un adsorbant présentant une forte sélectivité pour ladite impureté, c'est-à-dire une affinité importante vis-à-vis de l'impureté mais faible vis-à-vis du gaz pur le traversant. Selon l'invention, le matériau adsorbant saturé en gaz pur est complètement transparent vis-à-vis de la production transitant dans la ligne de distribution et son affinité pour l'impureté provoque un rallongement du temps de passage de cette dernière dans le réservoir mais non une adsorption irréversible. De la sorte, on allonge le temps de séjour de l'impureté dans la ligne tout en gardant l'aptitude du système à purger rapidement et automatiquement le réservoir d'adsorbant par le gaz de production lui-même après retour à une qualité de production avec des teneurs en impuretés inférieures à un seuil déterminé. La présente invention sera mieux comprise au vu de la description suivante d'un mode de réalisation, donnée à titre illustratif mais nullement limitatif, faite en relation avec le dessin annexé qui représente schématiquement une installation selon l'invention. Sur la figure unique, on a représenté un dispositif 1 de génération de gaz, par exemple du type à séparation cryogénique ou non cryogénique ou catalytique alimentant une ligne de distribution 2 vers un poste utilisateur (non représenté) relié à une partie aval 2A de la ligne. La ligne de distribution comprend un piquage 3 relié à un analyseur 4 susceptible de détecter une teneur supérieure à un seuil déterminé d'une impureté non désirée susceptible d'être présente dans le gaz circulant dans la ligne 2. Celle-ci incorpore, en aval du piquage 3, un réservoir 5 ayant une entrée 6 et une sortie 7 et rempli d'un matériau adsorbant présentant une affinité pour l'impureté détectable par l'analyseur 4, et, en aval de la sortie 7, des moyens de vannes 8 assurant normalement le transit normal de gaz vers la portion aval 2A de la ligne 2 mais actionnables, sous la commande d'un signal 9 fourni par l'analyseur 4 lorsqu'un niveau déterminé d'impureté est détecté, dans une configuration interrompant la communication vers la partie aval 2A et renvoyant le gaz sortant de la sortie 7 vers une canalisation de dérivation 10 conduisant normalement vers une mise à l'air libre, une torche ou tout autre dispositif de destruction du gaz et de son impureté. Avantageusement, I'installation comprend en outre, entre la sortie 7 de l'adsorbeur 5 et les moyens de vannes 8, un second piquage 11 pour l'analyseur 4, permettant ainsi de s'assurer de l'état de pureté du gaz avant son renvoi dans le tronçon aval 2A de la ligne de distribution. Une installation selon l'invention permet d'obtenir des décalages temporels importants entre la détection, en 3, d'une impureté et le moment où elle atteint la sortie 7 du réservoir 5, même avec un petit volume de matériau adsorbant, ce qui permet de recourir à des matériaux adsorbants présentant des affinités très sélectives, relativement indépendamment de leur coût. Ainsi, dans une installation fournissant, par traitement par adsorption de type PSA d'un mélange gazeux issu d'une installation de réformage, 1000 Nm3/h d'hydrogène pur avec une teneur en monoxyde de carbone n'excédant normalement pas 1 vpm, à une vitesse d'écoulement d'environ 30 m/s, la détection d'un pic d'impureté CO de 10 vpm prend en moyenne 10 secondes, ce qui correspond à une longueur de canalisation parcourue de 300 m avant la fermeture du moyen de vanne 8.Selon l'invention, une bouteille 5 contenant 100 litres de zéolithe 5A ou de charbon actif suffit à porter le temps de passage de l'impureté CO à 10 secondes. On notera que le volume d'adsorbant à installer est par ailleurs indépendant de la teneur en impureté à adsorber dans le domaine des faibles pressions partielles en impuretés. Comme applications, on pourra également citer la production d'oxygène ultra-pur dans une installation de production 1 cryogénique, I'impureté surveillée étant l'azote et le matériau adsorbant étant dans ce cas typiquement une zéolithe 5A. Lorsque la teneur en impureté dans le gaz produit diminue, la capacité d'adsorption de l'adsorbant du réservoir 5 diminue et les impuretés préalablement arrêtées sont désorbées et l'adsorbant est régénéré par élution par le flux de gaz le traversant et évacué vers 10 jusqu'à ce que le niveau de pureté du gaz de production soit rétabli et stabilisé. Le moyen de vanne 8 rétablit alors la fourniture à la ligne 2A et l'analyseur 4 est réaffecté au piquage 3. REVENDICATIONS 1. Installation de fourniture d'un gaz, comprenant un dispositif (1) de génération du gaz, au moins une ligne de distribution (2, 2A) comportant au moins un poste (3, 4) d'analyse d'au moins une impureté dans le gaz et, en aval dans la ligne, des moyens (8) de vannes d'isolement!dérivation, caractérisée en ce qu'elle comporte, inséré dans la ligne (2) entre le poste d'analyse (3, 4) et les moyens de vannes (8), un réservoir (5) contenant un matériau adsorbant présentant une forte sélectivité pour ladite impureté. 2. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que le dispositif de génération (1) est une installation de séparation de gaz par adsorption. 3. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que le dispositif de génération (1) est une installation cryogénique de séparation de gaz.