Brevet FR2888517A1 — publié le 20070119

La présente invention est relative à un appareil et procédé d'épuration d'un débit d'air par catalyse et par adsorption. US-A-3672824 décrit l'épuration de monoxyde de carbone et d'eau dans une unité d'épuration unique. Afin de s'assurer que les réactions chimiques ont lieu à leurs températures optimales, le dispositif de ce brevet prévoit une étape de refroidissement entre la catalyse et l'adsorption, qui utilise un circuit d'eau. En addition au circuit d'eau, il peut être envisagé de chauffer un gaz résiduaire destine à régénérer une bouteille d'épuration. Selon un objet de l'invention, il est prévu un appareil d'épuration en monoxyde de carbone et en eau d'un débit d'air par catalyse et par adsorption comprenant deux bouteilles d'épuration, chacune contenant une couche de catalyseur, une couche d'alumine et une couche de tamis moléculaire, des moyens pour envoyer un débit d'air alternativement à une bouteille et à l'autre de sorte qu'il traverse dans l'ordre la couche de catalyseur, la couche d'alumine et la couche de tamis moléculaire, un moyen de refroidissement interposé entre la couche de catalyseur et la couche d'alumine de chaque bouteille et des moyens pour envoyer un fluide de refroidissement au moyen de refroidissement. Selon d'autres aspects facultatifs, l'appareil comprend - des moyens pour envoyer un gaz d'abord au moyen de refroidissement d'une première des bouteilles pour refroidir l'air à épurer, ensuite au moyen de refroidissement de la deuxième des bouteilles et finalement à la deuxième des bouteilles entre la couche de tamis moléculaire et la sortie de la bouteille pour servir de gaz de régénération. Selon un autre aspect de l'invention, il est prévu un appareil de séparation d'air comprenant un appareil comme décrit ci-dessus comprenant des moyens pour envoyer de l'air épuré des bouteilles à une unité de distillation et des moyens pour soutirer un gaz enrichi en azote de l'unité de distillation pour servir de fluide de refroidissement et/ou de gaz résiduaire de régénération des bouteilles d'épuration. Selon un autre aspect de l'invention, il est prévu un procédé d'épuration en monoxyde de carbone et en eau d'un débit d'air par catalyse et par adsorption comprenant deux bouteilles d'épuration, chacune contenant une couche de catalyseur, une couche d'alumine et une couche de tamis moléculaire, ainsi qu'un un moyen de refroidissement interposé entre la couche de catalyseur et la couche d'alumine de chaque bouteille dans lequel on envoie un débit d'air alternativement à une bouteille et à l'autre de sorte qu'il traverse dans l'ordre la couche de catalyseur, la couche d'alumine et la couche de tamis moléculaire, et on envoie un fluide de refroidissement au moyen de refroidissement. L'invention sera décrite en plus de détail en se référant aux figures 1 et 2 qui illustrent des appareils capables de fonctionner selon le procédé de l'invention. Dans la figure 1, selon une première mode de fonctionnement, de l'air 1 est comprimé par un compresseur 3 dont le dernier étage de refroidissement a été enlevé. De cette façon l'air arrive à la bouteille d'épuration 5A avec une température de 120 C. Cette bouteille 5A est en phase d'épuration. La chaleur de compression sert dans la couche protectrice 5A et la couche de catalyseur 7A à enlever tous les polluants ainsi que le monoxyde de carbone et l'hydrogène présents dans l'air. Ces réactions ont lieu préférentiellement à haute température. L'air chaud se refroidit dans l'échangeur 11A par échange de chaleur avec un gaz résiduaire 23. Ensuite de l'eau 35 refroidit l'air dans l'échangeur 13A jusqu'à sa température d'adsorption d'eau et de dioxyde de carbone, à savoir 40 C. L'air parcourt la couche d'alumine 15A et le tamis moléculaire 17A avant de quitter la bouteille 5A à une température légèrement supérieure à l'ambiante, par exemple 45 C. Ensuite il est envoyé à la boîte froide 21 contenant la ligne d'échange principale et la ou les colonnes de distillation. La totalité du gaz résiduaire 23 provenant de la boîte froide 21 à 35 C se chauffe dans l'échangeur 11A, la vanne 37 étant fermée, et ensuite le gaz résiduaire 23 à 80 C se réchauffe jusqu'à 200 C dans le réchauffeur 27 avant de se refroidir dans l'échangeur 11B jusqu'à 120 C avant de servir à régénérer la bouteille 5B. Il est à noter que la bouteille 5B a un contenu identique à celui de 5A pour ce qui concerne la composition des couches et des échangeurs et leur disposition dans la bouteille. Pendant l'étape de régénération, les absorbants doivent être refroidis. Pour cela, on utilise le gaz résiduaire 22 de la boîte froide 21 à 35 C qui est envoyé en partie (fraction 23) à l'échangeur 11A. Le gaz résiduaire ainsi réchauffé à 90 C est envoyé au réchauffeur 27 qui n'est pas en état de marche et ensuite à l'échangeur de la bouteille 5B qui se trouve à 60 C. Le gaz résiduaire réchauffé est ensuite envoyé, avec le reste du gaz provenant directement de la boîte froide à travers la vanne 37, en tête de la bouteille 5B qui se trouve à 45 C et rejeté à l'atmosphère. De cette façon, la différence de température entre les couches de catalyseurs et les couches d'absorbants est maintenue. Sinon, selon une autre mode de régénération de l'appareil de la Figure 1, la totalité du gaz résiduaire est envoyée d'abord à l'échangeur 11A. Le gaz résiduaire est ainsi chauffée de 35 C à 80 C. Ensuite le gaz résiduaire est chauffé par le réchauffeur à 150 C avant d'être envoyé en tête de la bouteille 5B. La vanne 37 reste fermée. Ensuite lors de la régénération froide, le gaz résiduaire en totalité est directement envoyé en tête de bouteille 5B à travers la vanne 37. A ce moment, la température dans la partie catalytique sera relativement basse. Le cas le plus simple, illustré à la Figure 2, consiste a ne pas utiliser le gaz résiduaire pour récupérer de la chaleur dans la bouteille 1, alors on supprime les échangeurs 11A, 11B de la Figure 1. Dans ce cas, on se trouve avec la totalité de la chaleur de régénération fournie par le réchauffeur et l'échangeur 13A,13B doit avoir une plus grande capacité. Lors de la régénération chaude, l'ensemble du gaz résiduaire destine a la régénération passe a travers le réchauffeur 27 et est envoyé en tête de la bouteille 5B, tandis que dans la phase froide, le gaz résiduaire est directement envoyé en tête de la bouteille 5B à partir de la boite froide à travers la vanne 37. Il sera compris que dans les trois exemples, on décrit la régénération de la bouteille 5B. Il va de soi que pendant que la bouteille 5B est en phase d'adsorption, la bouteille 5A sera régénérée de la même manière que décrite pour la bouteille 5B. Pour simplifier les figures, les conduites d'amenée de gaz résiduaire de la bouteille 5A et les conduites d'amendée de fluide(s) refroidissant(s) n'ont pas été illustrées. REVENDICATIONS 1. Appareil d'épuration en monoxyde de carbone et en eau d'un débit d'air par catalyse et par adsorption comprenant deux bouteilles d'épuration (5A, 5B), chacune contenant une couche de catalyseur (9A, 9B), une couche d'alumine (15A, 15B) et une couche de tamis moléculaire (17A, 17B), des moyens pour envoyer un débit d'air alternativement à une bouteille et à l'autre de sorte qu'il traverse dans l'ordre la couche de catalyseur, la couche d'alumine et la couche de tamis moléculaire, un moyen de refroidissement (11A, 11B, 13A, 13B) interposé entre la couche de catalyseur et la couche d'alumine de chaque bouteille et des moyens (23, 35) pour envoyer un fluide de refroidissement au moyen de refroidissement. 2. Appareil selon la revendication 1 comprenant des moyens pour envoyer un gaz (23) d'abord au moyen de refroidissement (11A) d'une première des bouteilles (5A) pour refroidir l'air à épurer, ensuite au moyen de refroidissement (11B) de la deuxième des bouteilles (5B) et finalement à la deuxième des bouteilles entre la couche de tamis moléculaire (17B) et la sortie de la bouteille pour servir de gaz de régénération. 3. Appareil de séparation d'air comprenant un appareil selon la revendication 1 ou 2 comprenant des moyens pour envoyer de l'air épuré des bouteilles (5A, 5B) à une unité de distillation (21) et des moyens pour soutirer un gaz enrichi en azote (22) de l'unité de distillation pour servir de fluide de refroidissement et/ou de gaz résiduaire de régénération des bouteilles d'épuration. 4. Procédé d'épuration en monoxyde de carbone et en eau d'un débit d'air par catalyse et par adsorption comprenant deux bouteilles d'épuration (5A, 5B), chacune contenant une couche de catalyseur (9A, 9B), une couche d'alumine (15A, 15B) et une couche de tamis moléculaire (17A, 17B), ainsi qu'un un moyen de refroidissement (11A, 13A, 11B, 13B) interposé entre la couche de catalyseur et la couche d'alumine de chaque bouteille dans lequel on envoie un débit d'air alternativement à une bouteille et à l'autre de sorte qu'il traverse dans l'ordre la couche de catalyseur, la couche d'alumine et la couche de tamis moléculaire, et on envoie un fluide de refroidissement au moyen de refroidissement.