Brevet FR2751894A1 — publié le 19980206

PROCEDE DE FABRICATION DE GAZ COMPRIME SEC, NOTAMMENT D'AIR COMPRIME SEC, DISPOSITIF POUR SA MISE EN OEUVRE ET SON APPLICATION A USAGE MEDICAL. La présente invention concerne un procédé de fabrication de gaz comprimé sec, notamment d'air comprimé sec, et le dispositif pour la mise en oeuvre d'un tel procédé. L'air comprimé sec peut être utilisé pour la respiration humaine. On connaît des dispositifs permettant de comprimer l'air à des pressions variant de 3 à 15 bar. Cet air comprimé est ensuite séché pour être utilisé industriellement. De manière connue, on sèche un gaz comprimé ou de l'air comprimé par un des procédés suivants: Le procédé de séchage par réfrigération consiste à refroidir le gaz ou l'air contenant de la vapeur d'eau, à une température à laquelle l'eau peut se condenser. Selon ce procédé en continu, I'eau condensée est ensuite enlevée du système sous forme liquide. Par ce procédé, le point de rosée qui peut être obtenu est de 4 "C. Le dispositif nécessaire pour réaliser ce procédé à l'échelle industrielle est très encombrant et consomme beaucoup d'énergie. De plus, ce procédé ne permet pas d'obtenir de l'air ayant des points de rosée inférieurs à O "C. Un autre procédé utilisé est le procédé par adsorption. Pour ce faire, on utilise certains types de zéolites ou autres adsorbants comme le gel de silice ou l'alumine activée, qui sont des matériaux sous forme de fines particules et ayant une grande surface active. Selon ce procédé, le gaz, le mélange de gaz ou l'air qui doit être séché, est introduit dans une première colonne ou une tour contenant le matériau adsorbant. L'eau contenue dans l'air est adsorbée et le matériau se charge de vapeur d'eau. En même temps, on régénère une seconde colonne du même type. Des conduites, des valves et des systèmes de contrôle permettent d'interrompre ou de remettre la circulation entre les deux colonnes. Puis, on répète le procédé. Du fait qu'on utilise deux colonnes sous pression, des valves et des systèmes de contrôle, les sécheurs par adsorption sont complexes et coûteux. La régénération du matériau adsorbant peut être faite de plusieurs manières. Une première méthode consiste à augmenter la température du lit adsorbant, pendant la phase de régénération, de façon à désorber l'humidité. Une autre méthode pour régénérer le matériau adsorbant est de le soumettre à une basse pression brusque pendant la phase de régénération. On peut obtenir avec ces procédés des points de rosée sous pression de -20 "C à -40 "C, avec des zéolites ou autres adsorbants. Cependant, cela entraîne des pertes d'énergie. On peut aussi effectuer le séchage de l'air en le refroidissant par circulation dans un circuit frigorifique, par exemple utilisant du Fréon ou du C.F.C. Ainsi, les procédés de séchage de gaz comprimé, de mélange de gaz comprimés ou d'air comprimé, de la technique antérieure, présentent de nombreux inconvénients. Par ailleurs, on utilise couramment de l'air comprimé sec dans les hôpitaux, cliniques, laboratoires etc, notamment pour la respiration humaine. Cet air comprimé est obtenu par mélange d'oxygène et d'azote liquide sous pression, dans des proportions voisines de celles de l'air 78,22. Cependant, il ne s'agit pas d'un mélange naturel et donc les proportions des différents constituants de l'air ne sont pas respectées. De plus, pour faire le mélange, il est nécessaire d'avoir des installations spéciales et coûteuses. L'invention vise à pallier ces inconvénients. Un premier but de l'invention est de fournir un procédé simple pour obtenir de l'air comprimé sec. Un deuxième but de l'invention est de fournir un dispositif de séchage d'air comprimé ne nécessitant pas d'entretien périodique. Un autre but de l'invention est de fournir un dispositif de séchage d'air comprimé ne nécessitant pas de gaz frigorifique comme le Fréon ou le C.F.C. Un quatrième but de l'invention est de fournir un dispositif n'ayant aucun branchement électrique, ce qui permet de l'utiliser en zone antidéflagrante. Un autre but de l'invention est de fournir un procédé de séchage de l'air comprimé qui donne une obtention immédiate du point de rosée. Un dernier but de l'invention est de fournir de l'air comprimé sec qui soit utilisable pour la respiration humaine. A cet effet, I'invention concerne un procédé de fabrication d'un gaz ou mélange de gaz, comprimé, sec, tel que l'on effectue les étapes suivantes: - on comprime le gaz ou mélange de gaz humide, - on fait circuler le gaz ou mélange de gaz, comprimé et humide, depuis l'entrée d'au moins un tube creux dont la paroi est constituée d'une membrane perméable à la vapeur d'eau, vers la sortie du tube, le tube creux étant placé dans une enceinte, la vapeur d'eau traversant la membrane depuis l'intérieur du tube vers l'extérieur du tube, pour venir s'accumuler dans l'enceinte, - on récupère le gaz ou mélange de gaz comprimé et sec à la sortie du tube, - on chasse périodiquement la vapeur d'eau accumulée dans l'enceinte en faisant circuler une partie du gaz ou mélange de gaz sec depuis l'intérieur de l'enceinte vers l'extérieur, et à l'extérieur du tube. De préférence, on filtre le gaz ou mélange de gaz comprimé, après séchage, pour enlever les dioxydes de carbone, de soufre et monoxyde d'azote et carbone. Le procédé selon l'invention est tel que l'on filtre le gaz ou mélange de gaz comprimé, avant séchage, pour enlever les poussières. Selon un mode de réalisation de l'invention, on envoie le gaz ou mélange de gaz comprimé, après séchage, dans un réservoir sous pression et on homogénéise le mélange. Le gaz comprimé est de l'air. Le dispositif selon l'invention comprend une enceinte de séchage dans laquelle sont placés des tubes creux parallèles, la paroi des tubes étant constituée d'une membrane perméable à la vapeur d'eau, une arrivée d'air comprimé humide à une extrémité des tubes, une sortie d'air comprimé sec à l'extrémité opposée des tubes, une arrivée d'air sec dans l'enceinte, I'air sec circulant dans l'enceinte, à l'extérieur des tubes, et une sortie d'air humide de l'enceinte de séchage. Le dispositif selon l'invention comporte des filtres à poussière, éventuellement un filtre déshuileur, placés en amont de l'enceinte et des pièges à dioxydes de carbone et de soufre, monoxydes d'azote et de carbone, en aval de l'enceinte de séchage. Selon un deuxième mode de réalisation, le dispositif selon l'invention comporte un homogénéisateur de gaz placé en aval de l'enceinte de séchage. Selon un troisième mode de réalisation de l'invention, le dispositif comporte un compresseur d'air en amont des filtres à poussière fonctionnant sans lubrifiant. La description suivante, en regard des dessins annexés à titre d'exemples non limitatifs, permettra de comprendre comment l'invention peut être mise en pratique. La Figure 1 est une vue schématique de l'enceinte comportant le ou les tubes creux. La Figure 2 est une vue schématique d'un premier mode de réalisation du dispositif selon l'invention. La Figure 3 est une vue schématique d'un deuxième mode de réalisation du dispositif selon l'invention. La Figure 4 est une vue schématique d'un troisième mode de réalisation de l'invention. mode de réalisation du dispositif selon l'invention. La Figure 5 est une vue de face du dispositif selon l'invention, selon le deuxième mode de réalisation. La Figure 6 est une vue de dessus du dispositif selon l'invention, selon le deuxième mode de réalisation. La Figure 7 est une vue en coupe d'un filtre. Sur la Figure 1, on a représenté une enceinte (1) dans laquelle est placé un ou plusieurs tubes creux (2). Ces tubes creux (2) ou fibres creuses ont une paroi qui est une membrane perméable à la vapeur d'eau. Les tubes (2) sont placés parallèlement les uns aux autres. L'enceinte (1) comporte une conduite d'amenée (3) qui est reliée aux extrémités (4) des tubes (2) et une conduite de sortie (5) qui est reliée aux extrémités opposées (6) des tubes (2). La conduite de sortie (5) comporte une dérivation (7) de dimension réduite par rapport à la conduite de sortie et qui débouche dans l'enceinte (1), à l'extérieur des tubes ou fibres (2). Enfin, L'enceinte (1) comporte une sortie latérale (8). L'enceinte (1) représentée sur la Figure 1 est un sécheur membranaire dont le fonctionnement est le suivant: Le gaz comprimé, ou le mélange de gaz comprimé entre par la conduite d'amenée (3), dans les tubes (2). De préférence, le mélange de gaz est de l'air comprimé. Cet air comprimé peut par exemple être à une pression comprise entre environ 8 et environ 12 bar, de préférence entre 9 et bar. L'air comprimé entre dans la conduite d'amenée (3) suivant une direction selon la Flèche F1. L'air comprimé pénètre dans les tubes (2), par leurs extrémités (4) qui sont reliées à la conduite d'amenée (3). L'air comprimé se déplace depuis les extrémités (4) des tubes (2), jusqu'aux extrémités opposées (6) des tubes (2). Pendant le déplacement de l'air comprimé, les molécules d'eau traversent les parois des tubes (2), ces parois étant perméables à la vapeur d'eau et imperméables aux autres gaz. La vapeur d'eau vient donc s'emmagasiner à l'intérieur (9) de l'enceinte (1). L'air comprimé sec sort par la conduite de sortie (5), en direction de la Flèche F2. Lorsque l'intérieur (9) de l'enceinte (1) est saturé en vapeur d'eau, une partie de l'air sec dérivé, par la conduite de sortie (5), et la dérivation (7), à l'intérieur (9) de l'enceinte (1), selon la direction de la Flèche F3 évacue la vapeur d'eau. L'air sec se trouvant à l'intérieur (9) de l'enceinte (1), mais à l'extérieur des tubes (2), se sature en vapeur d'eau et ressort par la conduite latérale (8). Du fait que les parois des tubes sont perméables dans un sens à la vapeur d'eau, c'est-à-dire depuis l'intérieur des tubes (2), vers l'extérieur des tubes (2), mais imperméables dans le sens contraire, c'est-à-dire de l'extérieur des tubes (2), vers l'intérieur, le passage de l'air sec dans l'enceinte (9), permet d'évacuer la vapeur d'eau ou l'eau se trouvant à l'intérieur (9) de l'enceinte. On a représenté sur la Figure 2, un mode de réalisation de l'invention, ce mode de réalisation étant le plus simple. On peut utiliser le dispositif représenté schématiquement sur la Figure 2, par exemple dans un hôpital ou une clinique qui est déjà équipé d'un compresseur d'air. Deux cas peuvent se présenter : le compresseur de l'hôpital ou de la clinique est un compresseur à huile ou bien est un compresseur d'un autre genre. Lorsque le compresseur est un compresseur à huile, il fournit de l'air comprimé comprenant de l'huile. C'est la raison pour laquelle, avant de parvenir dans l'enceinte (1), I'air comprimé passe au travers d'un déshuileur (10). Lorsque le compresseur est d'un autre genre qu'un compresseur à huile, I'air comprimé ne comportant pas d'huile, le dispositif selon l'invention ne comporte pas de déshuileur. Le dispositif selon l'invention comporte un ou plusieurs filtres à poussière. Par exemple, il comporte un filtre micronique (11) de 1 micron et un filtre submicronique (12) de 0,01 micron, en amont de l'enceinte de séchage (1). A la sortie de l'enceinte (1), le dispositif selon l'invention comporte un filtre catalyseur (13) permettant de transformer le monoxyde de carbone en dioxyde de carbone, puis en aval un filtre de rétention (14) permettant de retenir le dioxyde de carbone et, encore en aval, un filtre de désodorisation (15) au charbon actif et un filtre antibactérien (16) de 0,01 micron. Le filtre (13) catalyseur est rempli avec des granulés noirs "d'HOPCALITE" de dimensions comprises entre 1 et 3,5 mm et dont la composition moyenne est de 57 % d'oxyde de manganèse, 13 % d'oxyde de cuivre, 30 % de carbonate de manganèse. La densité apparente du mélange est 1 et ce filtre est régénéré pendant les périodes où le compresseur ne fonctionne pas. Les granulés sont disposés dans le corps du filtre (13) qui est identique au point de vue constitution à celui (140) représenté à la figure 7. Le corps cylindrique (141) se termine à une extrémité par un épaulement (1410) contre lequel vient s'appuyer une grille perforée (145) et au-dessus de cette grille un bouchon (142) est serti dans le corps cylindrique (141) par les extrémités supérieures du corps cylindrique rabattu sur le bouchon (142). Ce bouchon comporte des orifices (143, 144) et un trou borgne fileté permettant sa fixation sur les chapeaux de filtre associés (139, 149, 159, 169). L'autre extrémité du corps cylindrique comporte également un épaulement (1411) contre lequel vient s'appuyer une grille perforée (146) maintenue contre l'épaulement par un circlips (148) qui vient se loger dans une gorge du corps (141). L'espace vide du filtre (147) est rempli des granulés soit de catalyses, soit de tamis moléculaires ou de charbon actif selon le type de filtre. Le filtre (14) de rétention de dioxyde de carbone est rempli de tamis moléculaires Siliporite G5 qui sont des zéolites synthétiques, de structure cristalline du type X, sous forme sodium, qui possèdent un réseau de pores d'un diamètre effectif de 10 angströms. Ces billes de Siliporite G5 ont une granulométrie de 1,6 à 2,5 mm. Enfin le filtre (15) est rempli de charbon actif granulé, à base de coques de noix de coco activées, à la vapeur et ayant une granulométrie à 90 % comprise entre 2 et 5 mm. La taille des filtres est calculée en fonction du débit de l'installation qui peut être de 8 m3/h, 1 9m3/h, 30m3/h, 50 m31h, par exemple. En fonction de ces débits le filtre de catalyse, le filtre de rétention ou le filtre de désodorisation, est constitué d'un conteneur dont le volume est calculé de façon à ce qu'il puisse contenir les poids de granules correspondant à chacune des propriétés de filtrage selon le débit souhaité pour l'installation. Le tableau ciaprès donne des exemples de calculs de poids de granules devant être contenu par les filtres respectifs en fonction des débits de l'installation. CATALYSE RETENTION DESODORISATION Q m3/h Poids Kg Poids Kg Poids Kg 8 0,112 0,20 0,06 19 0,266 0,475 0,14 30 0,420 0,750 0,225 50 0,700 1,25 0,375 Moyenne 0,014 0,025 0,0075 en grlm3 Ainsi pour 8m3/h on devra disposer pour le filtre de catalyse d'un volume permettant de contenir un poids "d'HOPCAL1TE" de 112 gr. Compte tenu de ce tableau, il est nécessaire de prévoir un conteneur d'élément filtrant permettant de contenir entre 0,010 à 0,017 gr d'HOPCALITE constituant le catalyseur par m3/h d'air traité par l'installation, 0,02 à 0,03 gr de tamis moléculaire par m3/h d'air traité par le filtre de rétention et 0,005 à 0,010 gr de charbon actif par m3/h d'air traité par le filtre désodorisant. Sur la Figure 3, on a représenté un autre mode de réalisation du dispositif selon l'invention. Ce dispositif comporte un homogénéisateur (17). En effet, I'air qui est comprimé est de l'air atmosphérique, et suivant la qualité de l'air ambiant, les composants de l'air comprimé peuvent varier. Ainsi, grâce à l'homogénéisateur (17), on obtient un air comprimé sec qui est de composition sensiblement constante. L'homogénéisateur (17) comporte un pressostat (18). Le dispositif selon l'invention est tel que lorsque la pression d'air comprimé sec baisse dans l'homogénéisateur (17), le pressostat se déclenche et met en route le compresseur. Ainsi, le dispositif selon l'invention ne fonctionne qu'en fonction de la demande, à savoir, lorsqu'on ne pompe pas d'air comprimé sec à la sortie (19), le compresseur est à l'arrêt et il ne se déclenche que lorsqu'on pompe de l'air comprimé sec. Un clapet anti-retour (20) ferme la conduite d'amenée d'air comprimé sec à l'homogénéisateur (17). Le dispositif représenté sur la Figure 4 est un dispositif complet qui peut être fourni à un hôpital ou une clinique qui n'est pas déjà équipé d'un compresseur. Ce groupe est compact et autonome. Ce dispositif comporte en amont de l'enceinte (1), un filtre micronique (11), un filtre submicronique (12), et en aval de l'enceinte (1) de séchage, un filtre catalyseur (13), un filtre de rétention (14), un filtre désodorisateur (15) et un filtre antibactérien (16), un homogénéisateur (17), un clapet anti-retour (20). Le dispositif comporte en outre un compresseur (21) et éventuellement un deuxième compresseur (22), en amont des filtres (11) et (12). Ces compresseurs (21, 22) sont choisis de préférence sans huile, ce qui rend le déshuileur inutile. Sur les Figures 5 et 6, on a représenté un dispositif selon l'invention, en vue de face et en vue de dessus. L'homogénéisateur (17) comporte à son extrémité supérieure, une soupape de sécurité (23) et un manomètre (24) pour la mesure de pression. L'enceinte (1) de séchage est placée de façon que son axe longitudinal soit à la verticale. Le gaz comprimé humide entre dans les filtres (11, 12), par la canalisation (25), selon la Flèche F1 et sort de l'homogénéisateur (17) par une ou plusieurs canalisations de sortie (26, 27) selon les Flèches F2, F'2. Le dispositif selon l'invention peut être placé sur un support (28) sur lequel sont fixés les différents organes. On obtient avec ce dispositif de l'air comprimé sec qui répond aux normes AFNOR NFS 90140 et NFS 90155 et même qui peut être de qualité supérieure. On peut produire de 8 m3 /h à 400 m3 /h d'air comprimé sec, à des pressions de 10 à 12 bar. Si l'on compare la qualité de l'air comprimé sec obtenu avec le dispositif selon l'invention, avec la norme AFNOR NFS 90140, on a les résuitats suivants: Norme AFNOR NFS Dispositif selon 90140 I'invention Teneur en huile en mglm3 0,1 Vapeur d'eau en g/m3 0,09 0,09 = - 42 C Teneur en CO en ppm Teneur en CO2 en ppm Teneur en 25,5. 10-3 L'air comprimé sec obtenu avec le dispositif selon l'invention a donc une qualité supérieure à la norme AFNOR puisque les teneurs en huile, vapeur d'eau, monoxyde de carbone, dioxyde de carbone, dioxyde de soufre, monoxyde et dioxyde d'azote sont inférieures. REVENDICATIONS 1. Procédé fabrication d'un gaz ou mélange de gaz, comprimé, sec, caractérisé par le fait que l'on effectue les étapes suivantes: - on comprime le gaz ou mélange de gaz humide, - on fait circuler le gaz ou mélange de gaz, comprimé et humide, depuis l'entrée d'au moins un tube creux dont la paroi est constituée d'une membrane perméable à la vapeur d'eau, vers la sortie du tube, le tube creux étant placé dans une enceinte, la vapeur d'eau traversant la membrane depuis l'intérieur du tube vers l'extérieur du tube, pour venir s'accumuler dans l'enceinte, - on récupère le gaz ou mélange de gaz comprimé et sec à la sortie du tube, - on chasse périodiquement la vapeur d'eau accumulée dans l'enceinte en faisant circuler une partie du gaz ou mélange de gaz sec depuis l'intérieur de l'enceinte vers l'extérieur, et à l'extérieur du tube. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on filtre le gaz ou mélange de gaz comprimé avant séchage, pour enlever les poussières. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que l'on filtre le gaz ou mélange de gaz comprimé, après séchage, pour enlever les oxydes de carbone et de soufre. 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'on envoie le gaz ou mélange de gaz comprimé, après séchage, dans un réservoir sous pression et on homogénéise le mélange. 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le gaz comprimé est de l'air. 6. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comprend une enceinte (1) de séchage dans laquelle sont placés des tubes creux (2) parallèles, la paroi des tubes étant constituée d'une membrane perméable à la vapeur d'eau, une arrivée (3) d'air comprimé humide à une extrémité (4) des tubes (2), une sortie (5) d'air comprimé sec à l'extrémité opposée (6) des tubes (2), une arrivée (7) d'air sec dans l'enceinte (1), I'air sec circulant dans l'enceinte (1), à l'extérieur des tubes (2), et une sortie (8) d'air humide de l'enceinte (1) de séchage. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé par le fait qu'il comporte des filtres (11, 12) à poussière, éventuellement un filtre à huile (10), placés en amont de l'enceinte (1), des pièges (13,14,15) à dioxydes de carbone et de soufre, et un filtre antibactérien (16) placés en aval de l'enceinte de séchage. 8. Dispositif selon l'une des revendications 6 et 7, caractérisé par le fait qu'il comporte un homogénéisateur (17) d'air, placé en aval de l'enceinte (1) de séchage. 9. Dispositif selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisé par le fait comporte un ou plusieurs compresseurs (21, 22) d'air, en amont des filtres à poussière fonctionnant sans lubrifiant. 10. Air comprimé sec, obtenu par le procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que sa pression est comprise entre 8 et 12 bar, sa teneur en huile est inférieure à 0, 01 mglm3, sa teneur en vapeur d'eau est de 0,09 gim3, = - 42 "C, sa teneur en CO est inférieure à 2 ppm, sa teneur en CO2 est inférieure à 300 ppm, sa teneur en SO2 est inférieure à 16.10 3 ppm et sa teneur en monoxyde / dioxyde d'azote est inférieure à 25,5.10-3ppm.