Brevet FR2776207A1 — publié le 19990924

Domaine de l'invention L'invention concerne une installation de traitement de gaz par filtre rotatif adsorbant. Une telle installation est utilisable à des fins de filtration et/ou de concentration, par exemple pour le traitement d'un flux d'air chargé de molécules afin de produire un flux d'air épuré après adsorption de ces molécules et/ou un flux d'air dans lequel la concentration en molécules est augmentée. Arrière-plan de l'invention Des dispositifs de traitement de gaz utilisant un filtre rotatif fonctionnant alternativement en adsorption et en désorption au cours d'un tour complet sont bien connus. Ainsi, le document US 5 584 916 montre un rotor contenant un matériau adsorbant formant filtre. Pendant chaque rotation complète du filtre, chaque fraction de celui-ci traverse une zone de traitement recevant un flux gazeux à traiter chargé d'un solvant organique et délivrant un flux gazeux épuré, puis une zone de régénération recevant un courant d'air chaud et délivrant un air chargé de solvant désorbé. Le matériau du filtre, après régénération, traverse une zone de refroidissement avant de parvenir à nouveau à la zone de traitement pour adsorber les molécules de solvant contenues dans le flux gazeux à traiter. Dans ce document, le matériau adsorbant du filtre est une zéolithe artificielle. Selon d'autres documents relatifs à des dispositifs adsorbants rotatifs, le matériau adsorbant peut être du carbone activé, éventuellement sous forme fibreuse, comme dans JP 53-050 067. Obiet et résumé de l'invention L'invention a pour but de fournir une installation à filtre adsorbant rotatif dans laquelle la régénération en continu du filtre est réalisée de façon beaucoup plus simple que dans les installations de l'art antérieur. Ce but est atteint avec une installation de traitement de gaz comprenant au moins un filtre rotatif qui comporte: un élément filtrant adsorbant en fibres de carbone activé, des moyens d'amenée d'un flux gazeux à traiter d'un côté de l'élément filtrant, une première sortie de gaz pour recueillir le flux gazeux ayant traversé l'élément filtrant dans une zone d'adsorption correspondant à une première partie du trajet rotatif du filtre, des moyens de régénération de l'élément filtrant dans une zone de désorption correspondant à une deuxième partie du trajet rotatif du filtre, distincte de la première partie, et une deuxième sortie de gaz pour recueillir un courant gazeux ayant traversé l'élément filtrant dans la zone de désorption, installation dans laquelle l'élément filtrant est formé par au moins une couche de tissu de carbone activé et les moyens de régénération comprennent des moyens d'alimentation électrique de la fraction de l'élément filtrant située dans la zone de désorption afin de réaliser un échauffement de cette fraction de l'élément filtrant par effet Joule. Ainsi, I'installation est particulièrement avantageuse du fait que la régénération de l'élément filtrant ne requiert pas la génération d'un courant gazeux chaud en vue de la désorption. De préférence, les moyens d'amenée d'un flux gazeux à traiter communiquent avec un côté de l'élément filtrant dans la zone de désorption, de sorte que le courant gazeux recueilli sur la deuxième sortie de gaz est constitué par une fraction du flux gazeux à traiter enrichi par des éléments désorbés de l'élément filtrant. Ainsi, c'est une fraction du flux gazeux à traiter qui est utilisée comme courant gazeux d'entraînement des éléments désorbés de l'élément filtrant. Il n'est alors pas nécessaire de faire appel à un courant gazeux de désorption particulier. En outre, I'installation fonctionne alors simultanément comme filtre en éliminant par adsorption des éléments contenus dans une partie du flux gazeux a traiter et comme dispositif d'enrichissement, en augmentant par désorption la concentration du reste du flux gazeux en éléments qu'il contient. La disposition de plusieurs filtres rotatifs en cascade permet alors une multiplication de cette concentration. Selon une particularité de l'installation, l'élément filtrant est formé par au moins une couche de tissu de carbone activé décrivant une surface cylindrique autour de l'axe de rotation du filtre. La surface cylindrique de l'élément filtrant présente de préférence des ondulations afin d'augmenter la surface d'échange avec le flux gazeux à traiter. Selon une autre particularité de l'installation, I'alimentation électrique de la fraction de l'élément filtrant située dans la zone de désorption est réalisée par contact frottant avec des électrodes d'alimentation. Brève description des dessins L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description faite ci-après, à titre indicatif mais non limitatif, en référence aux dessins annexés qui illustrent: - figure I: une vue très schématique d'une installation conforme à l'invention - figure 2: une vue en coupe longitudinale du filtre de l'installation de la figure 1; - figure 3: une vue en coupe transversale du filtre de l'installation de la figure 1; figure 4: une vue de détail du montage de l'élément filtrant en tissu sur un barreau de support; - figure 5: une vue de détail en coupe transversale de zone de régénération du filtre de la figure 3; et - figure 6: une vue très schématique d'une variante de réalisation d'une installation conforme à l'invention. DescriDtion détaillée de modes préférés de réalisation Dans l'installation de la figure 1, un filtre rotatif 10 reçoit un flux gazeux à traiter amené par une conduite 12, par exemple de l'air chargé de molécules toxiques provenant d'un local. L'air épuré est recueilli par une première conduite 14, sur une première sortie du filtre 10, par exemple pour être renvoyé dans le local o l'air à épurer a été prélevé. De l'air à teneur accrue en molécules toxiques est recueilli par une deuxième conduite 16, sur une deuxième sortie du filtre 10, pour être acheminé, par exemple, vers un dispositif de récupération ou de traitement. Le filtre rotatif 10 comprend un élément filtrant 20 (figures 2, 3) entraîné en rotation à l'intérieur d'une enveloppe fixe 40. L'élément filtrant 20 est constitué par du tissu de carbone activé. Celui-ci peut être obtenu par carbonisation d'un tissu de précurseur de carbone, puis activation. Un procédé d'obtention de tissu de carbone activé par carbonisation d'un tissu de rayonne et activation par exemple par du dioxyde de carbone, de la vapeur d'eau ou de l'air à une température de 600 C à 1000 C est décrit dans le document FR 2 741 363. Un autre procédé d'obtention de texture activée en fibres de carbone est décrit dans le document FR 97 03 083. On choisira de préférence un tissu ayant une résistance électrique comprise entre 0 et 100 Q)/: et une résistance à rupture en traction au moins égale à 0,5 daN/cm pour pouvoir être manipulé sans déchirement. L'élément filtrant 20 est monté sur une structure de support comportant une pluralité de barreaux 22a, 22b qui s'étendent parallèlement à l'axe 1l1 de rotation du filtre rotatif en étant répartis régulièrement autour de celui-ci. Les barreaux 22a, 22b sont disposés respectivement en deux couronnes extérieure et intérieure de diamètres différents. Le tissu de carbone activé est monté sur les barreaux 22a, 22b, en une ou plusieurs couches superposées, en passant altemrna- tivement autour d'un barreau 22a de la couronne extérieure et autour d'un barreau 22b de la couronne intérieure. De la sorte, l'élément filtrant 20 décrit une surface cylindrique d'axe 11 formant des ondulations régulières. En coupe transversale (figure 3), I'élément filtrant a ainsi un profil en forme d'étoile. Dans l'exemple illustré, le nombre d'ondulations est égal à 12; il pourrait bien entendu être différent. Le tissu de carbone activé.est maintenu en place sur les barreaux 22a au moyen de pièces en caoutchouc 24 en forme de demi-tube qui sont engagées sur le tissu et les barreaux comme le montre la figure 4. Les barreaux 22a, 22b sont montés entre deux plateaux 26, 28 perpendiculaires à l'axe 11. L'un (26) des plateaux présente une ouverture centrale dans laquelle est monté un moyeu 30. Celui-ci présente une collerette 30a qui s'appuie sur la face externe du plateau 26 et se prolonge vers l'extérieur par une partie tubulaire 30b. Un axe 32 traverse axialement le moyeu 30 et le plateau opposé 28 pour permettre l'assemblage des plateaux 26, 28 et des barreaux 22a, 22b par vissage sur l'axe 32. Les plateaux 26, 28 présentent une partie centrale de plus grande épaisseur faisant saillie du côté intérieur et formant des décrochements cylindriques 26a, 28a de même diamètre. Des pièces 34 en forme de coins (ou de secteurs de disque) sont montées contre les faces internes des plateaux 26, 28 entre les décrochements 26a, 28a et la périphérie des plateaux. Les pièces 34 sont légèrement espacées les unes des autres en direction circonférentielle. Chaque pièce 34 présente un rebord externe 34a qui recouvre le bord périphérique du plateau correspondant. Les pièces 34 sont en nombre égal à celui des barreaux 22b formant la couronne intérieure de barreaux. Chaque barreau 22b présente des extrémités de diamètre réduit qui pénètrent dans des orifices formés au voisinage de l'extrémité interne de forme arrondie d'une pièce respective 34. Les barreaux 22b et les pièces 34 sont, du côté interne, tangents à une même surface cylindrique sensiblement confondue avec celle des décrochements 26a, 28a. Les barreaux 22a formant la couronne extérieure passent chacun entre deux pièces 34 voisines. Ils présentent des extrémités de diamètre réduit qui pénètrent dans des trous formés dans les plateaux 26, 28 en faisant saillie légèrement à la face externe du plateau 26. Le tissu formant l'élément filtrant 20 a une largeur supérieure à la distance entre les parties centrales des plateaux 26, 28, de sorte que les bords du tissu, au niveau o celui-ci passe autour des barreaux 22b, s'appuient sur les décrochements 26a, 28a. Les pièces 34 sont fixées aux plateaux 26, 28 au moyen de vis 36 qui appuient sur les rebords 34a des pièces 34 en direction de la périphérie des plateaux 26, 28 (une seule vis 36 est montrée sur la figure 3). De la sorte, les bords de l'élément filtrant sont appliqués avec pression sur les surfaces des décrochements 26a, 28a. Ainsi, toute communication entre le volume situé du côté interne de l'élément filtrant, au niveau de I'axe du filtre rotatif, et le volume situé du côté externe de l'élément filtrant ne peut se faire qu'à travers ce dernier. Des entretoises 38 parallèles à l'axe 11 contribuent à maintenir les pièces 34 appliquées contre les plateaux 26, 28 au voisinage de leur périphérie. L'enveloppe 40 comprend une virole cylindrique 42 entourant le filtre rotatif, fermée par deux flasques 46, 48. Les flasques 46, 48 supportent le filtre rotatif par l'intermédiaire de paliers dans lesquels sont montées la partie tubulaire 30b du moyeu 30 et la partie d'extrémité de l'axe 32 faisant saillie au-delà du plateau 28. La partie tubulaire 30b du moyeu 30 se raccorde à la conduite 12 d'amenée de flux gazeux à traiter et des ouvertures 30c sont pratiquées sans le moyeu 30, autour de l'axe 32, pour faire communiquer la partie centrale du filtre rotatif 10 avec la conduite 12. L'axe 32 se prolonge à l'extérieur du flasque 48 de l'enveloppe 40 pour être relié à un moteur 50 d'entraînement du filtre rotatif (figure 1). Du côté interne, la virole 42 de l'enveloppe 40 est munie de deux sièges d'étanchéité voisins 52, 54 qui s'étendent chacun sur toute la longueur de l'enveloppe mais sur un secteur limité, en offrant une surface interne 52a, 54a de rayon réduit (figures 3, 5). Ce rayon est déterminé pour permettre, par contact entre les surfaces 52a, 54a et les pièces de caoutchouc 24 garnissant les barreaux 22a (figure 4), de partager de façon étanche le volume situé entre le côté externe de l'élément filtrant et la virole 42 de l'enveloppe 40. Comme le montre la figure 3, ce volume est partagé entre un premier volume A qui communique avec la première sortie 56 du filtre reliée à la conduite 14, et un deuxième volume B qui communique avec la deuxième sortie 58 du filtre reliée à la conduite 16. La deuxième sortie 58 du filtre est formée à travers la virole 42 entre les extrémités les plus rapprochées des sièges d'étanchéité 52, 54, tandis que la première sortie 56 du filtre est formée à travers la virole 42 sensiblement à l'opposé de la première sortie. En outre, sensiblement au même niveau angulaire que les sièges d'étanchéité 52, 54, le flasque 46 est muni d'électrodes 62, 64 qui s'étendent chacune sur un secteur limité légèrement inférieur à la distance angulaire entre deux barreaux 22a (figures 3, 5). Les électrodes 62, 64 font saillie vers l'intérieur de l'enveloppe de manière à venir en contact frottant avec les extrémités des barreaux 22a qui font saillie à travers le plateau 26, lorsque le filtre rotatif tourne. Les électrodes 62, 64 sont reliées à une source d'alimentation électrique 66, à l'extérieur de l'enveloppe 40 (figure 1). Le fonctionnement de l'installation décrite ci-avant est le suivant. Le flux gazeux à traiter est admis dans la partie centrale du filtre rotatif 10 par la conduite 12 et les orifices 30c et est contraint de traverser l'élément filtrant 20. La plus petite partie de l'élément filtrant située entre les barreaux 22a en contact avec les électrodes 62, 64 subit un échauffement par effet Joule provoquant une désorption. De la sorte, la fraction de flux gazeux traversant cette partie de l'élément filtrant se charge de molécules désorbées et parvient dans le volume B d'o elle est évacuée à travers la sortie 16. Le reste de l'élément filtrant agit comme élément adsorbant. De la sorte, la plus grande fraction du flux gazeux traversant le reste de l'élément filtrant est épurée et parvient dans le volume A d'o elle est évacuée à travers la sortie 14. Ainsi, le filtre rotatif traverse successivement une zone de traitement (adsorption) qui s'étend entre les extrémités les plus éloignées des sièges d'étanchéité 52, 54, et une zone de régénération (désorption) qui s'étend entre l'extrémité amont (dans le sens de rotation du filtre) de la pièce d'étanchéité 52 (la première rencontrée) et l'extrémité amont de la pièce d'étanchéité 54. La vitesse de rotation du filtre est choisie notamment en fonction du degré de pollution du flux gazeux à traiter. Le filtre est entraîné en rotation de façon continue ou pas à pas. La figure 5 montre plus particulièrement les dispositions et dimensions des sièges d'étanchéité et électrodes. Les sièges d'étanchéité 52, 54 sont situés de part et d'autre du plan méridien P passant par l'axe de la sortie 58 et s'étendent jusqu'à proximité immédiate de celle-ci. Les électrodes 62, 64 sont également situées de part et d'autre du plan P en étant faiblement espacées l'une de l'autre. Le siège d'étanchéité 52 a une surface 52a qui s'étend sur un arc légèrement inférieur à celui séparant deux barreaux 22a consécutifs, c'est-à-dire deux sommets extérieurs consécutifs de l'élément filtrant. De la sorte, la surface 52a n'est en contact qu'avec un seul sommet de l'élément filtrant. L'extrémité amont de la surface 52a, dans le sens de rotation du filtre, marque donc une limite entre la zone d'adsorption et la zone de régénération. Les électrodes 62, 64 s'étendent sur les arcs sensiblement égaux et légèrement inférieurs à celui séparant deux sommets consécutifs de l'élément filtrant. L'extrémité amont de l'électrode 62 est légèrement en aval de celle du siège d'étanchéité 52 et le pas angulaire entre les électrodes est choisi sensiblement égal à celui séparant deux sommets consécutifs de l'élément filtrant. De la sorte, un sommet Si de l'élément filtrant vient en contact avec l'électrode 62, après contact avec le siège d'étanchéité 52, et sensiblement en même temps que le sommet suivant, S2 de l'élément filtrant (dans le sens de rotation R) vient au contact de l'électrode 64, ce qui démarre le chauffage de la partie de l'élément filtrant située entre ces deux sommets (montrée en tirets courts sur la figure 5). Le siège d'étanchéité 54 s'étend sur un arc légèrement supérieur à celui séparant deux sommets consécutifs de l'élément filtrant. De la sorte, après que le sommet S2 de l'élément filtrant ait quitté l'électrode 62 et le siège d'étanchéité 52 et soit venu au contact de l'extrémité amont du siège d'étanchéité 54, la partie de l'élément filtrant située entre ce sommet et le sommet suivant S3 dans le sens de rotation R (partie montrée en tirets longs sur la figure 5) est inactive provisoirement, les deux sommets qui la bordent étant en contact simultanément avec le siège d'étanchéité 54. Cela permet un refroidissement de cette partie de l'élément filtrant avant entrée dans la zone d'adsorption, dès que le sommet S3 quitte le siège d'étanchéité 54. Un avantage particulier résultant de l'utilisation d'un tissu de carbone activé chauffé par effet Joule réside dans la rapidité de son échauffement et de son refroidissement. Il n'est donc pas nécessaire que le siège d'étanchéité 54 s'étende sur un arc important, ce qui permet d'optimiser la zone d'adsorption. Dans l'exemple qui vient d'être décrit, la fraction de l'élément filtrant en cours de régénération est comprise entre deux sommets consécutifs. Toutefois, selon le nombre d'ondulations de l'élément filtrant et les dispositions des électrodes et sièges d'étanchéité, la fraction en cours de régénération pourra s'étendre entre deux sommets non consécutifs. Une installation telle que celle décrite ci-avant a été réalisée avec un élément filtrant formé par une bande de tissu de carbone activé de 26 cm de large et 2,6 m de long. Le tissu de carbone activé a été obtenu par traitement thermique d'un tissu précurseur en fibres de rayonne textile selon la technique décrite dans la demande de brevet FR 97 03 083. La résistance électrique de chaque fraction de l'élément filtrant située entre deux sommets consécutifs a été mesurée. Les valeurs obtenues sont comprises entre environ 2 et 3 . La température obtenue pour une fraction d'élément filtrant varie de 70 C à 170 C lorsqu'une tension est appliquée variant de 12 V à 24 V, les fractions adjacentes restant à la température ambiante de 25 C. La vitesse de montée en température après application de la tension est d'environ 20 C/min. Le refroidissement est plus rapide, notamment sous l'effet du flux gazeux entrant. La figure 6 illustre schématiquement une variante de réalisation d'une installation conforme à l'invention. Selon cette variante, plusieurs filtres rotatifs 10, semblables par exemple à celui décrit ci-avant, sont placés en cascade, la deuxième conduite de sortie 16 d'un filtre étant reliée à la conduite d'amenée 12 du filtre suivant. Une telle installation permet d'enrichir progressivement la concentration du flux gazeux en éléments qu'il contient. Elle peut notamment être utilisée pour le traitement de flux gazeux contenant des molécules de solvant. L'augmentation progressive de la concentration facilite la récupération finale du solvant. R REVENDICATIONS 1. Installation de traitement de gaz comprenant au moins un filtre rotatif qui comporte: un élément filtrant adsorbant (20) en fibres de carbone active, des moyens (12) d'amenée d'un flux gazeux a traiter d'un côté de l'élément filtrant, une première sortie de gaz (14) pour recueillir le flux gazeux ayant traversé l'élément filtrant dans une zone d'adsorption correspondant à une première partie du trajet rotatif du filtre, des moyens de régénération de l'élément filtrant dans une zone de désorption correspondant à une deuxième partie du trajet rotatif du filtre, distincte de la première partie, et une deuxième sortie de gaz (16) pour recueillir un courant gazeux ayant traversé l'élément filtrant dans la zone de désorption, caractérisée en ce que l'élément filtrant est formé par au moins une couche de tissu de carbone activé (20) et les moyens de régénération comprennent des moyens (66) d'alimentation électrique de la fraction de l'élément filtrant située dans la zone de désorption afin de réaliser un échauffement de cette fraction de l'élément filtrant par effet Joule. 2. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens (12, 30c) d'amenée d'un flux gazeux à traiter communiquent avec un côté de l'élément filtrant dans la zone de désorption, de sorte que le courant gazeux recueilli sur la deuxième sortie de gaz (16) est constitué par une fraction du flux gazeux à traiter enrichi par des éléments désorbés de l'élément filtrant. 3. Installation selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que l'élément filtrant (20) est formé par au moins une couche de tissu de carbone activé décrivant une surface cylindrique autour de l'axe de rotation (11) du filtre (10). 4. Installation selon la revendication 3, caractérisée en ce que la surface cylindrique présente des ondulations. 5. Installation selon l'une quelconque des revendication 3 et 4, caractérisée en ce que les moyens d'amenée d'un flux gazeux à traiter communiquent avec une des faces de l'élément filtrant (20), tandis que la première et la deuxième sortie de gaz (14, 16) communiquent avec l'autre face de l'élément filtrant. 6. Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que l'alimentation électrique de la fraction de l'élément filtrant située dans la zone de desorption est réalisée par contact frottant avec des électrodes d'alimentation (62, 64). 7. Installation de traitement de gaz selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce qu'elle comprend plusieurs filtres rotatifs montés en cascade (figure 6), la deuxième sortie de gaz (16) d'un filtre étant reliée aux moyens d'amenée (12) de flux gazeux à traiter du filtre suivant.